現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置
【課題】現像装置を継続使用してもトナー劣化を軽減し、転写効率が低下することで発生する所謂ボソ画像を抑制する。
【解決手段】供給ローラ１０４には粒子が塗布されていて、前記粒子は、供給ローラ１０４が絶縁性もしくは導電性で現像ローラ１０６と同電位である場合に、前記粒子を供給ローラ１０４に塗布した場合の現像ローラ１０６上における規制ブレード１０５通過後のトナーの単位面積当り質量ｍ’と、塗布していない場合のトナーの単位面積当り質量ｍとの関係が、ｍ’＜ｍとなる粒子である。
【解決手段】供給ローラ１０４には粒子が塗布されていて、前記粒子は、供給ローラ１０４が絶縁性もしくは導電性で現像ローラ１０６と同電位である場合に、前記粒子を供給ローラ１０４に塗布した場合の現像ローラ１０６上における規制ブレード１０５通過後のトナーの単位面積当り質量ｍ’と、塗布していない場合のトナーの単位面積当り質量ｍとの関係が、ｍ’＜ｍとなる粒子である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録材等の記録媒体上に画像を形成する機能を備えた、例えば、複写機、プリンタ、ファクス等などの画像形成装置に関し、特に、これらの装置に備えられる、現像装置及びプロセスカートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式のプリンタや複写機等の画像形成装置においては、帯電プロセス、露光プロセス、現像プロセス、転写プロセス、定着プロセス、を主要なプロセスとする電子写真プロセスによってプリントを行っている。ここで、帯電プロセスは、感光体上に電荷を与えるプロセスである。また、露光プロセスは、感光体上に画像データをもとに静電潜像を形成するプロセスである。また、現像プロセスは、感光体上の静電潜像を現像剤としてのトナーで顕像化するプロセスである。また、転写プロセスは、感光体上のトナー像を記録媒体としての紙などに転写するプロセスである。また、定着プロセスは、記録媒体上のトナー像を熱や圧力などで定着させるプロセスである。
【０００３】
現像プロセス方式には様々なものが開発されているが、なかでも小型で安価な現像方式として非磁性一成分現像方式がある。
【０００４】
一般的な非磁性一成分現像方式を用いた現像装置は、現像剤担持体としての現像ローラと、供給部材としての供給ローラと、規制部材としての規制ブレードを備えている。ここで、現像ローラは、感光体と接触もしくは近接している部分に現像剤としてのトナーを搬送するものである。また、供給ローラは、現像ローラ上にトナーを供給するものである。また、規制ブレードは、供給ローラによって搬送された現像ローラ上のトナーを均一に規制するものである。
【０００５】
一般的に、現像ローラはシリコンゴムなどをベース層として、薄層のウレタンなどからなる表層を設けているものや、単層のヒドリンゴムの表層に表面処理を施したものが用いられる。規制ブレードはリン青銅やＳＵＳなどの金属シートやナイロンやウレタンゴムを貼り付けたシートを所定の圧力で現像ローラに当接するよう構成されている。供給ローラは発泡セルを持つスポンジと芯金で構成されていて、所定の進入量で現像ローラに速度差をもって回転できるようになっている。
【０００６】
上記のように供給ローラを発泡スポンジ材料で構成することで、多量のトナーを現像ローラへ搬送することができると同時に、現像されずに現像ローラ上に残ったトナーを剥ぎ取ることができる。この２つの働きにより、感光体に現像されるトナーは安定した比電荷とコート量を保つことができる。しかし、この構成の懸念点として、供給ローラが現像ローラと摺擦しているためトナーが擦られ易く、トナーの母体に外添されている外添剤が埋め込まれたり剥がれたりすることで発生する所謂トナー劣化が発生しやすい。
【０００７】
そこでこの問題を解決すべく、特許文献１に記載されているように、供給ローラを現像ローラと非接触に配置した構成などが考案されている。
【特許文献１】特開平１１−３２７２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のように非接触に配置した供給ローラを用いた場合は、現像ローラ上のトナーを剥ぎ取る能力を別途設ける必要があるため、配置の精度が要求される
ためコストアップしやすいといった問題点がある。
【０００９】
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、現像装置を継続使用してもトナー劣化を軽減し、転写効率が低下することで発生する所謂ボソ画像を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明にあっては、
現像剤担持体と、
前記現像剤担持体上に現像剤を搬送する供給部材と、
前記供給部材から搬送された前記現像剤担持体上の現像剤を規制する規制部材と、
を備えた現像装置において、
前記供給部材には粒子が予め塗布されており、
前記粒子は、
前記供給部材が絶縁性若しくは導電性で前記現像剤担持体と同電位である場合に、
前記粒子を前記供給部材に塗布した場合の前記現像剤担持体上における前記規制部材通過後の現像剤の単位面積当りの質量ｍ’と、
前記粒子を前記供給部材に塗布していない場合の前記現像剤担持体上における前記規制部材通過後の現像剤の単位面積当りの質量ｍと、
の関係がｍ’＜ｍとなる粒子である
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、現像装置を継続使用してもトナー劣化を軽減し、転写効率が低下することで発生する所謂ボソ画像を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００１３】
（画像形成装置）
図２は、画像形成装置１の概略断面図である。図３はプロセスカートリッジの概略断面図である。
【００１４】
図２において、画像形成装置１はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を各々に形成する４つのプロセスカートリッジ２を有し、これが記録材（記録媒体）３の搬送経路上流側から順に着脱可能に配置されている。プロセスカートリッジ２には、図３に示すように、感光ドラム４と帯電ローラ５とクリーニング装置６と現像装置１００が含まれる。各種バイアスは、図示しない高圧電源からプロセスカートリッジ２に印加される。
【００１５】
以下に、画像形成装置１の動きについて説明する。
【００１６】
給送部から給送ローラと給送パッドによって搬送された記録材３は転写ベルト７上に吸着され、上方に向かって排出部９まで搬送される。
【００１７】
その間、各色の感光ドラム４上に形成されたトナー像が転写バイアスによって転写される。本実施の形態では、マイナスの極性を帯びる性質の現像剤としてのトナー１０１であ
る所謂負極性トナーを用いているため、転写ベルト７には感光ドラム４の表面電位に対してトナー１０１を引き付けるようなプラスのバイアスを印加する必要がある。転写バイアスにひきつけられたトナーは記録材３の上に付着し、次の色の転写部へ搬送される。
【００１８】
このようにして順次色が重ねられ、カラーのトナー像が形成される。尚、各色の感光ドラム４上に転写されずに残った所謂転写残トナーは、感光ドラム４上に配置されたクリーニングブレード６ａによって感光ドラム４から引き剥がされて、廃トナー容器６ｂに回収される。
【００１９】
カラーのトナー像が形成された記録材３は、定着装置８に搬送される。定着装置８では、定着ニップ部において所定の温度に温調されたローラ対によってトナー像が挟まれ、熱と圧力を同時に受ける。このとき、トナー１０１が融けて記録材繊維表面に絡みつき、定着ニップ部を通過して冷やされるとそのまま固まり定着する。トナー像が定着した記録材３は排出部９に排出され、ここで一つの画像形成プロセスが完了する。連続して画像形成する場合は、上記のプロセスが順次繰り返される。
【００２０】
（プロセスカートリッジ）
図３におけるプロセスカートリッジ２は、現像装置１００、感光ドラム４、帯電ローラ５、クリーニング装置６で構成されている。
【００２１】
感光ドラム４は、アルミ素管の基層上に形成された２０〜２５μｍ程度の半導体薄膜から構成されている。感光ドラム４の表面には帯電ローラ５が押圧配置され従動回転している。感光ドラム４を均一な電位に帯電するためには、帯電ローラ５にバイアスを印加して感光ドラム４の導電基層との電位差により放電を発生させればよい。
【００２２】
帯電ローラ５は芯金のまわりに導電性の発泡スポンジ層を設け、その上に発泡スポンジよりも抵抗が高いウレタン等のゴムチューブからなる層を設けている。さらに、その表面をフッ素配合した薄いゴムで覆い、クリーニングブレード６ａをすり抜けたトナー１０１やトナーから遊離した外添剤が付着し難いような構成になっている。
【００２３】
帯電ローラ５によって帯電された感光ドラム４は回転駆動されることにより、露光部に進入する。露光部では、露光装置１０からの露光により感光ドラム４の表面電位が部分的に低くなり、６００ｄｐｉ（ｄｏｔ／ｉｎｃｈ）や１２００ｄｐｉの静電潜像が順次形成される。
【００２４】
露光装置１０は、半導体レーザを光源としていて、高速回転しているポリゴンミラーにレーザ光を反射させることによって感光ドラム上を走査する構成となっている。
【００２５】
クリーニング装置６は、クリーニングブレード６ａとその支持板金と廃トナー容器６ｂから構成されている。クリーニングブレード６ａは硬質のウレタン、シリコンなどのゴムや樹脂材料からできていて、感光ドラム４に所定の角度と圧力で当接されている。クリーニングブレード６ａは転写残トナーを感光ドラム４上から剥ぎ取り、廃トナー容器６ｂに収容する機能がある。
【００２６】
（現像装置）
図１は、本発明を適用可能な現像装置１００の概略断面図である。
【００２７】
静電潜像をトナー像として顕像化することが現像装置１００の機能である。現像装置１００には、トナー１０１が満たされるトナー容器部１０２があり、回転駆動される撹拌羽１０３によって供給部材としての供給ローラ１０４付近へトナー１０１を搬送しつつ撹拌
する。撹拌羽１０３によって搬送されたトナー１０１を感光ドラム４上の潜像を形成するための部材としては、供給ローラ１０４と、規制部材としての規制ブレード１０５と、現像剤担持体としての現像ローラ１０６がある。
【００２８】
供給ローラ１０４は、イオン導電や電子導電の導電性を有するウレタンフォーム等のスポンジとその回転中心にある芯金によって構成された所謂弾性スポンジローラである。ウレタン以外の材料としては、発泡シリコンなどを用いても良い。供給ローラ１０４には、電圧印加手段としての電源Ｖｃから供給バイアス（供給ローラバイアス）を印加できるようになっている。供給ローラ１０４の抵抗値は、２×１０の３乗〜５×１０の９乗Ω程度が好ましい。抵抗値の測定方法は後述する現像ローラ１０６とほぼ同じである。
【００２９】
後述する実施例及び比較例では、供給ローラ１０４に粒子を塗布する。
【００３０】
図４は後述の実施例及び比較例で用いた供給ローラ１０４の概略断面図である。ＳＵＳ（ステンレス鋼）の芯金にウレタンゴムを発泡させて直径１６ｍｍのローラ状に作製した。発泡セルはお互いに通じていてもよい。
【００３１】
図５は供給ローラ１０４に粒子Ｐを塗布した状態の概略図である。供給ローラ１０４上に粒子Ｐがほぼ隙間なく付着していればトナー１０１が付着することはできなくなる。供給ローラ１０４と粒子Ｐと現像ローラ１０６の間で、トナー１０４の滑りが良くなるような粒子Ｐを選択することがトナー劣化の良化につながる。
【００３２】
規制ブレード１０５は、厚さ約５０〜２００μｍ程度のリン青銅、ＳＵＳなどの金属シートであり、板金で支持され現像装置筐体に固定されている。規制ブレード１０５表面は、ＪＩＳ Ｂ０６０１に基づいて測定した十点平均粗さＲｚが２μｍ以下が好ましい。図１中では規制ブレード１０５は現像ローラ１０６の回転方向に対して逆方向の力が発生する所謂カウンター方向に支持されていて、支持されていない側の端は自由端となっている。規制ブレード１０５には電源Ｖｂから規制ブレードバイアスを印加することができる構成になっているが、絶縁性の材質を使用してもかまわない。
【００３３】
現像ローラ１０６は、ステンレス等の金属からなる芯金のまわりに適度な導電性をもたせた１層以上のゴム材料で構成されている。ゴム材料は、シリコンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、天然ゴム、ＥＰＤＭなど一般的に用いられるゴムである。抵抗値は、カーボンやカーボン樹脂粒子、金属粒子、イオン導電剤などを分散させることで得ることができる。現像ローラ１０６は電源Ｖａからバイアスを印加できる構成になっている。
【００３４】
現像ローラ１０６の抵抗値は２×１０の４乗〜５×１０の８乗Ωが好ましい。この範囲以下になると弾性層に流れる電流が多くなり、必要な電気容量が大きくなってしまう。また、この範囲以上になると現像時に流れる電流を阻害されやすくなる。
【００３５】
図６は、現像ローラ１０６及び供給ローラ１０４の抵抗値の測定方法を示した概略図である。図６では、測定対象であるローラと、ステンレス鋼からなる円筒部材５０と、測定回路５１を表している。円筒部材５０は直径３０ｍｍで約４８ｍｍ／ｓの速度で回転する。このとき、測定対象であるローラは円筒部材５０の回転にともなって従動回転する。測定対象であるローラの端部には円筒部材５０への進入量を現像ローラ１０６なら５０μｍ、供給ローラ１０４なら１．５ｍｍ（現像装置に組み込んだ時の進入量で測定する。）に規制する端部コロ５２を装着される。
【００３６】
端部コロ５２は、測定対象であるローラの外径よりも小さい円筒形状をしている。測定対象であるローラの両端部に印加される荷重は片側５００ｇ重ずつ、計１ｋｇ重の荷重に
より円筒部材５０に押圧される。測定回路５１は、電源Ｅｉｎ、抵抗Ｒｏ２、電圧計Ｅｏｕｔ２からなる。本測定では、Ｅｉｎ２の電圧を３００Ｖとした。抵抗Ｒｏ２は１００Ω〜１０ＭΩが使用可能である。これらの測定システムにより、ローラの抵抗値Ｒｂは次式により算出される。
Ｒｂ＝Ｒｏ２｛（Ｅｉｎ／Ｅｏｕｔ）−１｝
【００３７】
現像ローラ１０６の表面粗さの指標である算術平均粗さＲａの測定は、ＪＩＳ Ｂ０６０１に基づいて小坂研究所（株）製の表面粗さ試験機ＳＥ−３０を使用した。測定点は、長手方向の左右端部に近い部分と中央部の３点を周方向に３点測定し、その合計９点の平均値を本発明における表面粗さとした。表面粗さは実施例及び比較例で様々な値を持つようにしている。
【００３８】
現像ローラ１０６の硬度は、ＡＳＫＥＲ Ｃゴム硬度計を用いた。硬すぎても柔らかすぎても問題が発生するので、３０〜９０°が好ましい。特に、金属の規制ブレード１０５と硬度が９０°を超える現像ローラとの組み合わせにおいては、トナー１０１の規制が上手くいかないうえに抵抗値の制御が難しいため電位差を設けたときに電流リークが発生して画像の乱れを引き起こす。
【００３９】
供給ローラ１０４と現像ローラ１０６は進入量が０．５〜２ｍｍになるように配置されるのが好ましい。そして、供給ローラ１０４と現像ローラ１０６は、接触部分（以下、供給ニップとする。）では、お互いの表面（周面）が逆向き（反対方向）に回転する方向に回転（移動）している。そのため、供給ローラ１０４付近のトナー１０１は供給ローラ１０４によって現像ローラ１０６上に搬送されると同時に、現像されずに現像ローラ１０６上に残っているトナー１０１は剥ぎ取られる。
【００４０】
供給ローラ１０４によって現像ローラ１０６上に供給されたトナー１０１は、現像ローラ１０６の回転によって規制部に進入し、規制ブレード１０５で１〜３層程度の均一なトナー層になるように規制される。トナー規制時には、トナーが規制ブレード１０５と現像ローラ１０６との摺擦を受けるため、電荷を持つことができる。
【００４１】
規制ブレード１０５によって形成された現像ローラ１０６上の均一なトナー層は、現像部において感光ドラム４上の静電潜像を現像する。本実施の形態では接触現像方式を想定しているので、現像ローラ１０６は感光ドラム４に押圧されているが、本発明は非接触現像方式においても有効である。また、現像ローラ１０６は感光ドラム４に対して１．３倍程度の周速比をもって回転している。現像ローラには、感光ドラム４上の露光部と非露光部の中間ぐらいの電位を電源Ｖａから印加することで電荷をもっているトナー１０１を感光ドラム４上に移行させ、潜像を現像することができる。
【００４２】
（トナー）
本実施の形態で用いられるトナー１０１は、重合法、粉砕法等で製造されたスチレン−アクリル、ポリエステル等を結着樹脂として各色に対応する着色剤や荷電制御剤などが入った体積平均粒径が５〜１０μｍ程度の母体に、所謂外添剤を外添したものである。ここで、外添剤は、ナノ〜ミクロンオーダーのシリカや金属酸化物や帯電しやすい樹脂などである。外添剤として、外添済みのトナーと逆極性の帯電性をもつ粒子を外添することで、トナーに凝集性を持たせたり、トナーの帯電性を安定させたりすることができる。
【００４３】
作成したトナー１０１の体積平均粒径の測定は、（株）コールター社製のコールターカウンターＴＡ−II型で行った。測定装置は、体積平均粒径及び個数平均粒径の出力装置とパーソナルコンピュータに接続されている。コールターカウンターによる測定は、まず１％塩化ナトリウム電解液に測定するトナーを数ｇ分散させ、界面活性剤を数滴加える。超
音波洗浄器を用いると良い分散状態ができる。その後、１００μｍアパーチャーを用いてトナー１０１の粒径を測定した後、コンピュータによる処理を行い、粒度分布と体積平均粒径を算出する。
【００４４】
トナー１０１の形状については、画像解析装置で測定した形状係数ＳＦ−１の値が１００〜１４０であり、形状係数ＳＦ−２の値が１００〜１３０であることが好ましい。また、上記の条件を満たしつつ、（ＳＦ−２）／（ＳＦ−１）の値を１．０以下にすることで、トナー１０１の諸特性のみならず、画像解析装置とのマッチングが極めて良好なものになる。
【００４５】
上記形状係数ＳＦ−１及びＳＦ−２は次に示すようなパラメータである。それは、まず日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い、倍率５００倍に拡大したトナー像を１００個無作為抽出する。そして、その画像情報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）に導入して解析を行い、次式より算出して得られた値によって定義されるパラメータである。
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）２／ＡＲＥＡ｝×（π／４）×１００
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）２／ＡＲＥＡ｝×（１／４π）×１００
ＡＲＥＡ：トナー投影面積
ＭＸＬＮＧ：絶対最大長
ＰＥＲＩ：周長
【００４６】
形状係数ＳＦ−１はトナー粒子の丸さの度合いを示し、値が大きいほど球形から不定形となる。形状係数ＳＦ−２はトナー粒子の凹凸度合いを示し、値が大きいほどトナー表面の凹凸が顕著になる。特に転写性や画質面でＳＦ−１が１００〜１４０でＳＦ−２が１００〜１３０のトナーを用いると本発明の効果が底上げされる。
【００４７】
上記のような構成において、各種実験をした。
【００４８】
［実験１］
実験は、シアンの現像装置のみを用いて、図４、図５に示したような供給ローラ１０４を用いて行った。本実験では、供給ローラ１０４のスポンジ層の抵抗値のみ異なるものを用意した。導電性のスポンジを有する供給ローラを導電性供給ローラ（抵抗値２．０×１０５Ω）とし、絶縁性の供給ローラを絶縁性供給ローラとする。まず、各種粒子Ｐを供給ローラ１０４に塗布した。表１は、供給ローラ１０４に塗布した粒子Ｐと導電性及び絶縁性供給ローラの組み合わせリストである。
【００４９】
【表１】
【００５０】
・粒子塗布例１：体積平均粒径が０．４μｍのハイドロタルサイトを導電性供給ローラに
塗布した。
・粒子塗布例２：粒子塗布例１の粒子を絶縁性供給ローラに塗布した。
・粒子塗布例３：体積平均粒径が０．４μｍの酸化スズを導電性供給ローラに塗布した。・粒子塗布例４：体積平均粒径が０．５μｍの酸化亜鉛を導電性供給ローラに塗布した。・粒子塗布例５：本実施の形態で説明したトナー（粒径７μｍ）を導電性供給ローラに塗布した。ここで、粒子塗布例５は、トナーを塗布しているために、使用初期の問題点を解消する以外は実質的に何も塗布していないことと同じである。
・粒子塗布例６：体積平均粒径０．４μｍのポリエステルの樹脂粒子を導電性供給ローラに塗布した。ポリエステルの樹脂粒子にはトナーと同じ負極性になるような所謂電荷付与剤が添加してある。
【００５１】
尚、粒子Ｐの粒径の測定には、（株）島津製作所製ＳＡＬＤ−２０００を用いた。
【００５２】
供給ローラ１０４への塗布方法は、各粒子Ｐを平坦な面に適量なるべく均一にばら撒いた上に供給ローラ１０４を数回転がして充分に塗布した後、供給ローラ１０４に付着しきれなかった粒子Ｐをエアーで吹き飛ばす方法を採った。エアーでの吹き飛ばしが不十分だと粒子Ｐが供給ローラ１０４から遊離して現像装置内でトナー１０１と混ざり、トナーの物性が変化してしまう。これを防止するために、実験用の現像装置１００とは別の現像装置を準備し、まずこれにあらかじめ粒子Ｐを塗布した供給ローラ１０４を装着し、約５０枚のベタ画像を通紙したあとに供給ローラ１０４を取り出す。取り出した供給ローラ１０４をもう一度エアーで飛ばし、実験用の現像装置１００に入れてから各種実験を行った。
【００５３】
本実施の形態において、現像ローラ１０６上における、規制ブレード１０５通過後のトナーの単位面積当りの質量は、所謂吸引式ファラデーケージ法を使用して求めた。この吸引式ファラデーケージ法は、直径１２ｍｍ程度の吸引口が付いた吸引部材と、吸引したトナーを採取するフィルタ部と、フィルタ部の吸引部材と反対の側から吸引する吸引装置から構成されている。吸引口を現像ローラ１０６に傷をつけない程度に軽く押しつけて、一定面積上のすべてのトナー１０１を吸引し、フィルタに採集してフィルタの重量増加分より現像ローラ１０６の単位面積当りの重量を計算することができる。それと同時に、外部から静電的にシールドされたフィルタに蓄積された電荷量を測定することによって、現像ローラ上の単位面積当りの電荷量を求めることもできる。
【００５４】
図７は、実験結果を示すグラフである。横軸は供給ローラ１０４に印加する電圧Ｖｃと現像ローラ１０６に印加する電圧Ｖａの差（Ｖｃ−Ｖａ）である供給バイアスを表している。縦軸は、上記吸引式ファラデーゲージ法で測定した単位面積当りの質量Ｍ／Ｓ［ｍｇ／ｃｍ２］を表している。
【００５５】
尚、規制ブレード１０５に印加する電圧Ｖｂと印加現像ローラ１０６に印加する電圧Ｖａとの差（Ｖｃ−Ｖｂ）である規制ブレードバイアスは、Ｖｃ−Ｖｂ＝−２００Ｖとした。
【００５６】
粒子塗布例１，３，４は供給ローラ１０４へのバイアスがない状態（供給バイアス０Ｖ）の時は、現像部における現像ローラ上トナー層のＭ／Ｓが低かった。しかし、供給バイアスを上げていくとトナー１０１を塗布した比較例よりも高いＭ／Ｓを得ることができた。また、粒子塗布例２については、供給ローラが絶縁性であるために供給バイアスにはほとんど反応しなかった。
【００５７】
上記のような結果になった理由は次のように考えられる。
【００５８】
粒子塗布例１〜４の粒子Ｐを供給ローラ１０４上に塗布したことでトナー１０１及び現
像ローラ１０６との摩擦が低減できたため、供給ローラ１０４から現像ローラ１０６へのトナー１０１の供給量が下がったためにＭ／Ｓが低下した。また、粒子塗布例１，３，４において、供給ローラ１０４への供給バイアスを高くしていくとＭ／Ｓが高くなっていくのは、供給ローラ周辺における摺擦で帯電したトナーが現像ローラに押し付けられる方向の電界によって動きやすくなったためと考えられる。粒子塗布例２においては、供給ローラ１０４が絶縁性であるために上記電界がかからなかったためＭ／Ｓのアップには至らなかった。
【００５９】
一方、粒子塗布例６では、バイアスを印加していないときでも粒子塗布例５よりも濃度が上がっていて、バイアスによりさらにＭ／Ｓが高くなった。
【００６０】
上記のように、導電性の供給ローラ１０４を使うことで、適切なバイアスを印加すれば現像ローラ１０６へのトナー供給量を増やすことができる。よって、供給ローラ１０４に粒子Ｐを塗布した場合のＭ／Ｓの低下を補う必要があるなら、供給バイアスをトナー１０１と同極性側に大きくすればよい。
【００６１】
［実験２］
各粒子Ｐを塗布した供給ローラ１０４を使用して同条件で継続使用したときにトナー劣化がどうなるかを測定した。トナー劣化は、トナー劣化との相関が強い転写効率をその指標とする。トナー１０１を１５０ｇ充填したシアンの現像装置１００を用いて印字率１％で、途中転写効率を算出するためのサンプルをとりながら２枚ごと（２ページ／１ジョブ）の間欠耐久試験を行った。
【００６２】
尚、規制ブレードバイアスは実験１と同様にＶｃ−Ｖｂ＝−２００Ｖとした。
【００６３】
転写効率の測定方法は、まずベタ画像形成中に画像形成装置１の電源を切り、感光ドラム４上の転写残トナーを透明なテープで剥がし取る。そのテープと何も付着していない状態のテープを同じ白い記録材上に貼り付ける。この２種類のテープの濃度を測定し、その差分をとることで転写残トナーが数値化される。この値をＡとする。
【００６４】
他方、記録材上に転写されたトナー１０１は、ベタ画像と記録材の濃度を測定し、その差分をとることで数値化される。この値をＢとする。転写効率をこれらＡ，Ｂを使って表すと、転写効率＝Ｂ×１００／（Ａ＋Ｂ）となる。尚、濃度の測定にはいずれも、Ｘ−Ｒｉｔｅ社製の分光濃度計／色彩計５００シリーズを用いた。
【００６５】
表２は、粒子塗布例と供給バイアスを組み合わせて作製した実施例と比較例の内容である。
【００６６】
【表２】
【００６７】
＜実施例１＞粒子塗布例１において、供給バイアス（Ｖｃ−Ｖａ）を−２００Ｖとした。＜実施例２＞粒子塗布例１において、供給バイアス（Ｖｃ−Ｖａ）を０Ｖとした。
＜実施例３＞粒子塗布例２において、供給バイアス（Ｖｃ−Ｖａ）を−２００Ｖとした。＜実施例４＞粒子塗布例３において、供給バイアス（Ｖｃ−Ｖａ）を−２００Ｖとした。＜実施例５＞粒子塗布例４において、供給バイアス（Ｖｃ−Ｖａ）を−２００Ｖとした。＜比較例１＞粒子塗布例５において、供給バイアス（Ｖｃ−Ｖａ）を−２００Ｖとした。＜比較例２＞粒子塗布例６において、供給バイアス（Ｖｃ−Ｖａ）を−２００Ｖとした。
【００６８】
図８は、各種粒子Ｐを塗布した供給ローラ１０４を使用した結果を通紙枚数と転写効率の関係で示したグラフである。横軸は通紙枚数［枚］、縦軸は転写効率［％］を示している。
【００６９】
本実験では、塗布粒子Ｐ及びバイアス条件を変えて、実施例及び比較例の合計７種類の継続使用による耐久試験を行い、転写効率の推移を調べた。
【００７０】
図８から、実施例１〜５は比較例１とくらべて転写効率が落ちにくいことがわかる。一方、比較例２は比較例１とくらべて早い段階で転写効率が落ち、転写効率が８０％前後になると所謂ボソ画像が発生した。転写効率の低下とトナー１０１の劣化には強い関連性があるので、実施例１〜５は比較例１〜２とくらべてトナー劣化が進んでいるといえる。これは、実施例１〜５で塗布した粒子Ｐによるトナー劣化の抑制効果によるものであると考えられる。
【００７１】
実施例１と実施例２の違いは、供給バイアスである。実験１から、実施例２は供給バイアスが印加されていない分、現像ローラ上のトナー量Ｍ／Ｓ［ｍｇ／ｃｍ２］が低い。また、実施例３は供給バイアスが印加されているが、供給ローラ１０４に絶縁性のスポンジを使用しているため実質的なバイアスの効果はほとんど無くＭ／Ｓが低い。
【００７２】
これら実施例１〜３の結果から、現像ローラ上のトナー量と転写効率にはほぼ相関がないとみなすことができる。したがって、粒子Ｐを供給ローラ１０４に塗布したことで画像濃度が不充分である場合には導電性の供給ローラ１０４を使用して、トナーと同極性側に大きなバイアスを供給バイアスとして印加すればよい。画像濃度が充分である場合には、導電性の供給ローラの電位を現像ローラ１０６と等電位にしたり、絶縁性の供給ローラを使用しても、転写効率への影響はほとんど無い。
【００７３】
このように、供給ローラ１０４が絶縁性、もしくは導電性で供給バイアスが０Ｖの場合に、次のような粒子を選択することで、トナー劣化を抑制することができる。即ち、供給ローラ１０４にトナー１０１以外の粒子Ｐを塗布した時の現像ローラ上のトナー量Ｍ／Ｓ［ｍｇ／ｃｍ２］が、粒子Ｐとしてトナー１０１を塗布した時のＭ／Ｓよりも低くなるようなトナー以外の粒子Ｐを選択することで、トナー劣化を抑制できる。
【００７４】
耐久性については供給バイアスで変化するものではないので、不必要であれば供給バイアスを印加しなくとも良い。Ｍ／Ｓ［ｍｇ／ｃｍ２］が低いためにプリントした画像濃度が低い場合には、供給ローラ１０４に現像ローラ１０６に対してトナー１０１と同極性側に大きく印加することによりトナー劣化を抑制しつつ画像濃度を高くすることができる。
【００７５】
尚、実施例中では供給ローラ１０４に同時に塗布する粒子Ｐは１種類としたが、２種類以上を混ぜて使用しても良い。その際、比較例で使用した粒子と混ぜて使用することで、雑な塗布方法でも実施例の粒子の過剰塗布を防止し、流動性のない実施例の粒子でも塗布しやすくできる効果がある。
【００７６】
上記の実験結果より、供給ローラ１０４にあらかじめ粒子Ｐを塗布した時に現像ローラ１０６上の単位面積当りのトナー層重量Ｍ／Ｓが低下する特性のある粒子Ｐは、現像装置１００の継続使用により進行するトナー劣化を抑制する。
【００７７】
よって、転写効率が高い状態を維持できるため、転写効率の低下による所謂ボソ画像を抑制することができる。粒子を塗布することによる画像濃度低下は、供給ローラにバイアスを印加することで解決できる。また、供給バイアスと実施例の粒子を組み合わせることで、Ｍ／Ｓをより高くコントロールすることもできる。
【００７８】
以上説明したように本実施の形態では、供給ローラ１０４に塗布する粒子として、供給ローラ１０４に塗布した場合の現像部における単位面積当り質量ｍ’と、塗布していない場合の単位面積当り質量ｍの関係が、ｍ’＜ｍとなる粒子を塗布している。特定の粒子を供給ローラ１０４に塗布した場合に、ｍ’＜ｍとなる理由は、供給ローラ１０４とトナー及び現像ローラ１０６との摩擦が軽減され、供給ローラ１０４から現像ローラ１０６へトナーを搬送する能力が低下したためである。これは、単に粒径が小さい粒子が部材同士の接触面積を減らす所謂スペーサー効果だけではなく、粒子のもつ特性が大きく効いていると考えられる。
【００７９】
本実施の形態における実験により、トナーを搬送する能力が低下する粒子を塗布した場合のほうが、よりトナー劣化を抑制できることがわかった。
【００８０】
また、単位面積当りの質量ｍ’が低下した場合、導電性の供給ローラ１０４に所定のバイアスを印加することで、低下した単位面積当りの質量ｍ’を高めることができる。これは、供給ローラ１０４と現像ローラ１０６との摺擦などにより摩擦帯電したトナーが電界によって現像ローラ１０６上へ搬送されやすくなったためであると考えられる。また、供給ローラ１０４に塗布した粒子がトナーと逆極性に帯電しやすい場合は、電界によって供給ローラ１０４に引き寄せられ、継続使用時に脱落しにくくなると考えられる。
【００８１】
また、複数種類の粒子を混ぜてから供給ローラ１０４に塗布することにより、塗布のしやすさを高めることができる。
【００８２】
また、粒径と付着力の観点から考えて、トナーよりも粒子のほうが供給ローラ１０４に付着しやすくなるため、供給ローラ１０４に粒子を塗布した方がより高い効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】現像装置を示した概略断面図である。
【図２】画像形成装置を示した概略断面図である。
【図３】プロセスカートリッジを示した概略断面図である。
【図４】供給ローラの概略断面図である。
【図５】供給ローラの拡大断面図である。
【図６】ローラの抵抗測定方法を示した概略図である。
【図７】単位面積当りのトナー層重量と供給バイアスの関係を示した図である。
【図８】転写効率と通紙枚数の関係を示した図である。
【符号の説明】
【００８４】
１ 画像形成装置
２ プロセスカートリッジ
１００ 現像装置
１０１ トナー
１０４ 供給ローラ
１０５ 規制ブレード
１０６ 現像ローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録材等の記録媒体上に画像を形成する機能を備えた、例えば、複写機、プリンタ、ファクス等などの画像形成装置に関し、特に、これらの装置に備えられる、現像装置及びプロセスカートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式のプリンタや複写機等の画像形成装置においては、帯電プロセス、露光プロセス、現像プロセス、転写プロセス、定着プロセス、を主要なプロセスとする電子写真プロセスによってプリントを行っている。ここで、帯電プロセスは、感光体上に電荷を与えるプロセスである。また、露光プロセスは、感光体上に画像データをもとに静電潜像を形成するプロセスである。また、現像プロセスは、感光体上の静電潜像を現像剤としてのトナーで顕像化するプロセスである。また、転写プロセスは、感光体上のトナー像を記録媒体としての紙などに転写するプロセスである。また、定着プロセスは、記録媒体上のトナー像を熱や圧力などで定着させるプロセスである。
【０００３】
現像プロセス方式には様々なものが開発されているが、なかでも小型で安価な現像方式として非磁性一成分現像方式がある。
【０００４】
一般的な非磁性一成分現像方式を用いた現像装置は、現像剤担持体としての現像ローラと、供給部材としての供給ローラと、規制部材としての規制ブレードを備えている。ここで、現像ローラは、感光体と接触もしくは近接している部分に現像剤としてのトナーを搬送するものである。また、供給ローラは、現像ローラ上にトナーを供給するものである。また、規制ブレードは、供給ローラによって搬送された現像ローラ上のトナーを均一に規制するものである。
【０００５】
一般的に、現像ローラはシリコンゴムなどをベース層として、薄層のウレタンなどからなる表層を設けているものや、単層のヒドリンゴムの表層に表面処理を施したものが用いられる。規制ブレードはリン青銅やＳＵＳなどの金属シートやナイロンやウレタンゴムを貼り付けたシートを所定の圧力で現像ローラに当接するよう構成されている。供給ローラは発泡セルを持つスポンジと芯金で構成されていて、所定の進入量で現像ローラに速度差をもって回転できるようになっている。
【０００６】
上記のように供給ローラを発泡スポンジ材料で構成することで、多量のトナーを現像ローラへ搬送することができると同時に、現像されずに現像ローラ上に残ったトナーを剥ぎ取ることができる。この２つの働きにより、感光体に現像されるトナーは安定した比電荷とコート量を保つことができる。しかし、この構成の懸念点として、供給ローラが現像ローラと摺擦しているためトナーが擦られ易く、トナーの母体に外添されている外添剤が埋め込まれたり剥がれたりすることで発生する所謂トナー劣化が発生しやすい。
【０００７】
そこでこの問題を解決すべく、特許文献１に記載されているように、供給ローラを現像ローラと非接触に配置した構成などが考案されている。
【特許文献１】特開平１１−３２７２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のように非接触に配置した供給ローラを用いた場合は、現像ローラ上のトナーを剥ぎ取る能力を別途設ける必要があるため、配置の精度が要求される
ためコストアップしやすいといった問題点がある。
【０００９】
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、現像装置を継続使用してもトナー劣化を軽減し、転写効率が低下することで発生する所謂ボソ画像を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明にあっては、
現像剤担持体と、
前記現像剤担持体上に現像剤を搬送する供給部材と、
前記供給部材から搬送された前記現像剤担持体上の現像剤を規制する規制部材と、
を備えた現像装置において、
前記供給部材には粒子が予め塗布されており、
前記粒子は、
前記供給部材が絶縁性若しくは導電性で前記現像剤担持体と同電位である場合に、
前記粒子を前記供給部材に塗布した場合の前記現像剤担持体上における前記規制部材通過後の現像剤の単位面積当りの質量ｍ’と、
前記粒子を前記供給部材に塗布していない場合の前記現像剤担持体上における前記規制部材通過後の現像剤の単位面積当りの質量ｍと、
の関係がｍ’＜ｍとなる粒子である
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、現像装置を継続使用してもトナー劣化を軽減し、転写効率が低下することで発生する所謂ボソ画像を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００１３】
（画像形成装置）
図２は、画像形成装置１の概略断面図である。図３はプロセスカートリッジの概略断面図である。
【００１４】
図２において、画像形成装置１はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を各々に形成する４つのプロセスカートリッジ２を有し、これが記録材（記録媒体）３の搬送経路上流側から順に着脱可能に配置されている。プロセスカートリッジ２には、図３に示すように、感光ドラム４と帯電ローラ５とクリーニング装置６と現像装置１００が含まれる。各種バイアスは、図示しない高圧電源からプロセスカートリッジ２に印加される。
【００１５】
以下に、画像形成装置１の動きについて説明する。
【００１６】
給送部から給送ローラと給送パッドによって搬送された記録材３は転写ベルト７上に吸着され、上方に向かって排出部９まで搬送される。
【００１７】
その間、各色の感光ドラム４上に形成されたトナー像が転写バイアスによって転写される。本実施の形態では、マイナスの極性を帯びる性質の現像剤としてのトナー１０１であ
る所謂負極性トナーを用いているため、転写ベルト７には感光ドラム４の表面電位に対してトナー１０１を引き付けるようなプラスのバイアスを印加する必要がある。転写バイアスにひきつけられたトナーは記録材３の上に付着し、次の色の転写部へ搬送される。
【００１８】
このようにして順次色が重ねられ、カラーのトナー像が形成される。尚、各色の感光ドラム４上に転写されずに残った所謂転写残トナーは、感光ドラム４上に配置されたクリーニングブレード６ａによって感光ドラム４から引き剥がされて、廃トナー容器６ｂに回収される。
【００１９】
カラーのトナー像が形成された記録材３は、定着装置８に搬送される。定着装置８では、定着ニップ部において所定の温度に温調されたローラ対によってトナー像が挟まれ、熱と圧力を同時に受ける。このとき、トナー１０１が融けて記録材繊維表面に絡みつき、定着ニップ部を通過して冷やされるとそのまま固まり定着する。トナー像が定着した記録材３は排出部９に排出され、ここで一つの画像形成プロセスが完了する。連続して画像形成する場合は、上記のプロセスが順次繰り返される。
【００２０】
（プロセスカートリッジ）
図３におけるプロセスカートリッジ２は、現像装置１００、感光ドラム４、帯電ローラ５、クリーニング装置６で構成されている。
【００２１】
感光ドラム４は、アルミ素管の基層上に形成された２０〜２５μｍ程度の半導体薄膜から構成されている。感光ドラム４の表面には帯電ローラ５が押圧配置され従動回転している。感光ドラム４を均一な電位に帯電するためには、帯電ローラ５にバイアスを印加して感光ドラム４の導電基層との電位差により放電を発生させればよい。
【００２２】
帯電ローラ５は芯金のまわりに導電性の発泡スポンジ層を設け、その上に発泡スポンジよりも抵抗が高いウレタン等のゴムチューブからなる層を設けている。さらに、その表面をフッ素配合した薄いゴムで覆い、クリーニングブレード６ａをすり抜けたトナー１０１やトナーから遊離した外添剤が付着し難いような構成になっている。
【００２３】
帯電ローラ５によって帯電された感光ドラム４は回転駆動されることにより、露光部に進入する。露光部では、露光装置１０からの露光により感光ドラム４の表面電位が部分的に低くなり、６００ｄｐｉ（ｄｏｔ／ｉｎｃｈ）や１２００ｄｐｉの静電潜像が順次形成される。
【００２４】
露光装置１０は、半導体レーザを光源としていて、高速回転しているポリゴンミラーにレーザ光を反射させることによって感光ドラム上を走査する構成となっている。
【００２５】
クリーニング装置６は、クリーニングブレード６ａとその支持板金と廃トナー容器６ｂから構成されている。クリーニングブレード６ａは硬質のウレタン、シリコンなどのゴムや樹脂材料からできていて、感光ドラム４に所定の角度と圧力で当接されている。クリーニングブレード６ａは転写残トナーを感光ドラム４上から剥ぎ取り、廃トナー容器６ｂに収容する機能がある。
【００２６】
（現像装置）
図１は、本発明を適用可能な現像装置１００の概略断面図である。
【００２７】
静電潜像をトナー像として顕像化することが現像装置１００の機能である。現像装置１００には、トナー１０１が満たされるトナー容器部１０２があり、回転駆動される撹拌羽１０３によって供給部材としての供給ローラ１０４付近へトナー１０１を搬送しつつ撹拌
する。撹拌羽１０３によって搬送されたトナー１０１を感光ドラム４上の潜像を形成するための部材としては、供給ローラ１０４と、規制部材としての規制ブレード１０５と、現像剤担持体としての現像ローラ１０６がある。
【００２８】
供給ローラ１０４は、イオン導電や電子導電の導電性を有するウレタンフォーム等のスポンジとその回転中心にある芯金によって構成された所謂弾性スポンジローラである。ウレタン以外の材料としては、発泡シリコンなどを用いても良い。供給ローラ１０４には、電圧印加手段としての電源Ｖｃから供給バイアス（供給ローラバイアス）を印加できるようになっている。供給ローラ１０４の抵抗値は、２×１０の３乗〜５×１０の９乗Ω程度が好ましい。抵抗値の測定方法は後述する現像ローラ１０６とほぼ同じである。
【００２９】
後述する実施例及び比較例では、供給ローラ１０４に粒子を塗布する。
【００３０】
図４は後述の実施例及び比較例で用いた供給ローラ１０４の概略断面図である。ＳＵＳ（ステンレス鋼）の芯金にウレタンゴムを発泡させて直径１６ｍｍのローラ状に作製した。発泡セルはお互いに通じていてもよい。
【００３１】
図５は供給ローラ１０４に粒子Ｐを塗布した状態の概略図である。供給ローラ１０４上に粒子Ｐがほぼ隙間なく付着していればトナー１０１が付着することはできなくなる。供給ローラ１０４と粒子Ｐと現像ローラ１０６の間で、トナー１０４の滑りが良くなるような粒子Ｐを選択することがトナー劣化の良化につながる。
【００３２】
規制ブレード１０５は、厚さ約５０〜２００μｍ程度のリン青銅、ＳＵＳなどの金属シートであり、板金で支持され現像装置筐体に固定されている。規制ブレード１０５表面は、ＪＩＳ Ｂ０６０１に基づいて測定した十点平均粗さＲｚが２μｍ以下が好ましい。図１中では規制ブレード１０５は現像ローラ１０６の回転方向に対して逆方向の力が発生する所謂カウンター方向に支持されていて、支持されていない側の端は自由端となっている。規制ブレード１０５には電源Ｖｂから規制ブレードバイアスを印加することができる構成になっているが、絶縁性の材質を使用してもかまわない。
【００３３】
現像ローラ１０６は、ステンレス等の金属からなる芯金のまわりに適度な導電性をもたせた１層以上のゴム材料で構成されている。ゴム材料は、シリコンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、天然ゴム、ＥＰＤＭなど一般的に用いられるゴムである。抵抗値は、カーボンやカーボン樹脂粒子、金属粒子、イオン導電剤などを分散させることで得ることができる。現像ローラ１０６は電源Ｖａからバイアスを印加できる構成になっている。
【００３４】
現像ローラ１０６の抵抗値は２×１０の４乗〜５×１０の８乗Ωが好ましい。この範囲以下になると弾性層に流れる電流が多くなり、必要な電気容量が大きくなってしまう。また、この範囲以上になると現像時に流れる電流を阻害されやすくなる。
【００３５】
図６は、現像ローラ１０６及び供給ローラ１０４の抵抗値の測定方法を示した概略図である。図６では、測定対象であるローラと、ステンレス鋼からなる円筒部材５０と、測定回路５１を表している。円筒部材５０は直径３０ｍｍで約４８ｍｍ／ｓの速度で回転する。このとき、測定対象であるローラは円筒部材５０の回転にともなって従動回転する。測定対象であるローラの端部には円筒部材５０への進入量を現像ローラ１０６なら５０μｍ、供給ローラ１０４なら１．５ｍｍ（現像装置に組み込んだ時の進入量で測定する。）に規制する端部コロ５２を装着される。
【００３６】
端部コロ５２は、測定対象であるローラの外径よりも小さい円筒形状をしている。測定対象であるローラの両端部に印加される荷重は片側５００ｇ重ずつ、計１ｋｇ重の荷重に
より円筒部材５０に押圧される。測定回路５１は、電源Ｅｉｎ、抵抗Ｒｏ２、電圧計Ｅｏｕｔ２からなる。本測定では、Ｅｉｎ２の電圧を３００Ｖとした。抵抗Ｒｏ２は１００Ω〜１０ＭΩが使用可能である。これらの測定システムにより、ローラの抵抗値Ｒｂは次式により算出される。
Ｒｂ＝Ｒｏ２｛（Ｅｉｎ／Ｅｏｕｔ）−１｝
【００３７】
現像ローラ１０６の表面粗さの指標である算術平均粗さＲａの測定は、ＪＩＳ Ｂ０６０１に基づいて小坂研究所（株）製の表面粗さ試験機ＳＥ−３０を使用した。測定点は、長手方向の左右端部に近い部分と中央部の３点を周方向に３点測定し、その合計９点の平均値を本発明における表面粗さとした。表面粗さは実施例及び比較例で様々な値を持つようにしている。
【００３８】
現像ローラ１０６の硬度は、ＡＳＫＥＲ Ｃゴム硬度計を用いた。硬すぎても柔らかすぎても問題が発生するので、３０〜９０°が好ましい。特に、金属の規制ブレード１０５と硬度が９０°を超える現像ローラとの組み合わせにおいては、トナー１０１の規制が上手くいかないうえに抵抗値の制御が難しいため電位差を設けたときに電流リークが発生して画像の乱れを引き起こす。
【００３９】
供給ローラ１０４と現像ローラ１０６は進入量が０．５〜２ｍｍになるように配置されるのが好ましい。そして、供給ローラ１０４と現像ローラ１０６は、接触部分（以下、供給ニップとする。）では、お互いの表面（周面）が逆向き（反対方向）に回転する方向に回転（移動）している。そのため、供給ローラ１０４付近のトナー１０１は供給ローラ１０４によって現像ローラ１０６上に搬送されると同時に、現像されずに現像ローラ１０６上に残っているトナー１０１は剥ぎ取られる。
【００４０】
供給ローラ１０４によって現像ローラ１０６上に供給されたトナー１０１は、現像ローラ１０６の回転によって規制部に進入し、規制ブレード１０５で１〜３層程度の均一なトナー層になるように規制される。トナー規制時には、トナーが規制ブレード１０５と現像ローラ１０６との摺擦を受けるため、電荷を持つことができる。
【００４１】
規制ブレード１０５によって形成された現像ローラ１０６上の均一なトナー層は、現像部において感光ドラム４上の静電潜像を現像する。本実施の形態では接触現像方式を想定しているので、現像ローラ１０６は感光ドラム４に押圧されているが、本発明は非接触現像方式においても有効である。また、現像ローラ１０６は感光ドラム４に対して１．３倍程度の周速比をもって回転している。現像ローラには、感光ドラム４上の露光部と非露光部の中間ぐらいの電位を電源Ｖａから印加することで電荷をもっているトナー１０１を感光ドラム４上に移行させ、潜像を現像することができる。
【００４２】
（トナー）
本実施の形態で用いられるトナー１０１は、重合法、粉砕法等で製造されたスチレン−アクリル、ポリエステル等を結着樹脂として各色に対応する着色剤や荷電制御剤などが入った体積平均粒径が５〜１０μｍ程度の母体に、所謂外添剤を外添したものである。ここで、外添剤は、ナノ〜ミクロンオーダーのシリカや金属酸化物や帯電しやすい樹脂などである。外添剤として、外添済みのトナーと逆極性の帯電性をもつ粒子を外添することで、トナーに凝集性を持たせたり、トナーの帯電性を安定させたりすることができる。
【００４３】
作成したトナー１０１の体積平均粒径の測定は、（株）コールター社製のコールターカウンターＴＡ−II型で行った。測定装置は、体積平均粒径及び個数平均粒径の出力装置とパーソナルコンピュータに接続されている。コールターカウンターによる測定は、まず１％塩化ナトリウム電解液に測定するトナーを数ｇ分散させ、界面活性剤を数滴加える。超
音波洗浄器を用いると良い分散状態ができる。その後、１００μｍアパーチャーを用いてトナー１０１の粒径を測定した後、コンピュータによる処理を行い、粒度分布と体積平均粒径を算出する。
【００４４】
トナー１０１の形状については、画像解析装置で測定した形状係数ＳＦ−１の値が１００〜１４０であり、形状係数ＳＦ−２の値が１００〜１３０であることが好ましい。また、上記の条件を満たしつつ、（ＳＦ−２）／（ＳＦ−１）の値を１．０以下にすることで、トナー１０１の諸特性のみならず、画像解析装置とのマッチングが極めて良好なものになる。
【００４５】
上記形状係数ＳＦ−１及びＳＦ−２は次に示すようなパラメータである。それは、まず日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い、倍率５００倍に拡大したトナー像を１００個無作為抽出する。そして、その画像情報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）に導入して解析を行い、次式より算出して得られた値によって定義されるパラメータである。
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）２／ＡＲＥＡ｝×（π／４）×１００
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）２／ＡＲＥＡ｝×（１／４π）×１００
ＡＲＥＡ：トナー投影面積
ＭＸＬＮＧ：絶対最大長
ＰＥＲＩ：周長
【００４６】
形状係数ＳＦ−１はトナー粒子の丸さの度合いを示し、値が大きいほど球形から不定形となる。形状係数ＳＦ−２はトナー粒子の凹凸度合いを示し、値が大きいほどトナー表面の凹凸が顕著になる。特に転写性や画質面でＳＦ−１が１００〜１４０でＳＦ−２が１００〜１３０のトナーを用いると本発明の効果が底上げされる。
【００４７】
上記のような構成において、各種実験をした。
【００４８】
［実験１］
実験は、シアンの現像装置のみを用いて、図４、図５に示したような供給ローラ１０４を用いて行った。本実験では、供給ローラ１０４のスポンジ層の抵抗値のみ異なるものを用意した。導電性のスポンジを有する供給ローラを導電性供給ローラ（抵抗値２．０×１０５Ω）とし、絶縁性の供給ローラを絶縁性供給ローラとする。まず、各種粒子Ｐを供給ローラ１０４に塗布した。表１は、供給ローラ１０４に塗布した粒子Ｐと導電性及び絶縁性供給ローラの組み合わせリストである。
【００４９】
【表１】
【００５０】
・粒子塗布例１：体積平均粒径が０．４μｍのハイドロタルサイトを導電性供給ローラに
塗布した。
・粒子塗布例２：粒子塗布例１の粒子を絶縁性供給ローラに塗布した。
・粒子塗布例３：体積平均粒径が０．４μｍの酸化スズを導電性供給ローラに塗布した。・粒子塗布例４：体積平均粒径が０．５μｍの酸化亜鉛を導電性供給ローラに塗布した。・粒子塗布例５：本実施の形態で説明したトナー（粒径７μｍ）を導電性供給ローラに塗布した。ここで、粒子塗布例５は、トナーを塗布しているために、使用初期の問題点を解消する以外は実質的に何も塗布していないことと同じである。
・粒子塗布例６：体積平均粒径０．４μｍのポリエステルの樹脂粒子を導電性供給ローラに塗布した。ポリエステルの樹脂粒子にはトナーと同じ負極性になるような所謂電荷付与剤が添加してある。
【００５１】
尚、粒子Ｐの粒径の測定には、（株）島津製作所製ＳＡＬＤ−２０００を用いた。
【００５２】
供給ローラ１０４への塗布方法は、各粒子Ｐを平坦な面に適量なるべく均一にばら撒いた上に供給ローラ１０４を数回転がして充分に塗布した後、供給ローラ１０４に付着しきれなかった粒子Ｐをエアーで吹き飛ばす方法を採った。エアーでの吹き飛ばしが不十分だと粒子Ｐが供給ローラ１０４から遊離して現像装置内でトナー１０１と混ざり、トナーの物性が変化してしまう。これを防止するために、実験用の現像装置１００とは別の現像装置を準備し、まずこれにあらかじめ粒子Ｐを塗布した供給ローラ１０４を装着し、約５０枚のベタ画像を通紙したあとに供給ローラ１０４を取り出す。取り出した供給ローラ１０４をもう一度エアーで飛ばし、実験用の現像装置１００に入れてから各種実験を行った。
【００５３】
本実施の形態において、現像ローラ１０６上における、規制ブレード１０５通過後のトナーの単位面積当りの質量は、所謂吸引式ファラデーケージ法を使用して求めた。この吸引式ファラデーケージ法は、直径１２ｍｍ程度の吸引口が付いた吸引部材と、吸引したトナーを採取するフィルタ部と、フィルタ部の吸引部材と反対の側から吸引する吸引装置から構成されている。吸引口を現像ローラ１０６に傷をつけない程度に軽く押しつけて、一定面積上のすべてのトナー１０１を吸引し、フィルタに採集してフィルタの重量増加分より現像ローラ１０６の単位面積当りの重量を計算することができる。それと同時に、外部から静電的にシールドされたフィルタに蓄積された電荷量を測定することによって、現像ローラ上の単位面積当りの電荷量を求めることもできる。
【００５４】
図７は、実験結果を示すグラフである。横軸は供給ローラ１０４に印加する電圧Ｖｃと現像ローラ１０６に印加する電圧Ｖａの差（Ｖｃ−Ｖａ）である供給バイアスを表している。縦軸は、上記吸引式ファラデーゲージ法で測定した単位面積当りの質量Ｍ／Ｓ［ｍｇ／ｃｍ２］を表している。
【００５５】
尚、規制ブレード１０５に印加する電圧Ｖｂと印加現像ローラ１０６に印加する電圧Ｖａとの差（Ｖｃ−Ｖｂ）である規制ブレードバイアスは、Ｖｃ−Ｖｂ＝−２００Ｖとした。
【００５６】
粒子塗布例１，３，４は供給ローラ１０４へのバイアスがない状態（供給バイアス０Ｖ）の時は、現像部における現像ローラ上トナー層のＭ／Ｓが低かった。しかし、供給バイアスを上げていくとトナー１０１を塗布した比較例よりも高いＭ／Ｓを得ることができた。また、粒子塗布例２については、供給ローラが絶縁性であるために供給バイアスにはほとんど反応しなかった。
【００５７】
上記のような結果になった理由は次のように考えられる。
【００５８】
粒子塗布例１〜４の粒子Ｐを供給ローラ１０４上に塗布したことでトナー１０１及び現
像ローラ１０６との摩擦が低減できたため、供給ローラ１０４から現像ローラ１０６へのトナー１０１の供給量が下がったためにＭ／Ｓが低下した。また、粒子塗布例１，３，４において、供給ローラ１０４への供給バイアスを高くしていくとＭ／Ｓが高くなっていくのは、供給ローラ周辺における摺擦で帯電したトナーが現像ローラに押し付けられる方向の電界によって動きやすくなったためと考えられる。粒子塗布例２においては、供給ローラ１０４が絶縁性であるために上記電界がかからなかったためＭ／Ｓのアップには至らなかった。
【００５９】
一方、粒子塗布例６では、バイアスを印加していないときでも粒子塗布例５よりも濃度が上がっていて、バイアスによりさらにＭ／Ｓが高くなった。
【００６０】
上記のように、導電性の供給ローラ１０４を使うことで、適切なバイアスを印加すれば現像ローラ１０６へのトナー供給量を増やすことができる。よって、供給ローラ１０４に粒子Ｐを塗布した場合のＭ／Ｓの低下を補う必要があるなら、供給バイアスをトナー１０１と同極性側に大きくすればよい。
【００６１】
［実験２］
各粒子Ｐを塗布した供給ローラ１０４を使用して同条件で継続使用したときにトナー劣化がどうなるかを測定した。トナー劣化は、トナー劣化との相関が強い転写効率をその指標とする。トナー１０１を１５０ｇ充填したシアンの現像装置１００を用いて印字率１％で、途中転写効率を算出するためのサンプルをとりながら２枚ごと（２ページ／１ジョブ）の間欠耐久試験を行った。
【００６２】
尚、規制ブレードバイアスは実験１と同様にＶｃ−Ｖｂ＝−２００Ｖとした。
【００６３】
転写効率の測定方法は、まずベタ画像形成中に画像形成装置１の電源を切り、感光ドラム４上の転写残トナーを透明なテープで剥がし取る。そのテープと何も付着していない状態のテープを同じ白い記録材上に貼り付ける。この２種類のテープの濃度を測定し、その差分をとることで転写残トナーが数値化される。この値をＡとする。
【００６４】
他方、記録材上に転写されたトナー１０１は、ベタ画像と記録材の濃度を測定し、その差分をとることで数値化される。この値をＢとする。転写効率をこれらＡ，Ｂを使って表すと、転写効率＝Ｂ×１００／（Ａ＋Ｂ）となる。尚、濃度の測定にはいずれも、Ｘ−Ｒｉｔｅ社製の分光濃度計／色彩計５００シリーズを用いた。
【００６５】
表２は、粒子塗布例と供給バイアスを組み合わせて作製した実施例と比較例の内容である。
【００６６】
【表２】
【００６７】
＜実施例１＞粒子塗布例１において、供給バイアス（Ｖｃ−Ｖａ）を−２００Ｖとした。＜実施例２＞粒子塗布例１において、供給バイアス（Ｖｃ−Ｖａ）を０Ｖとした。
＜実施例３＞粒子塗布例２において、供給バイアス（Ｖｃ−Ｖａ）を−２００Ｖとした。＜実施例４＞粒子塗布例３において、供給バイアス（Ｖｃ−Ｖａ）を−２００Ｖとした。＜実施例５＞粒子塗布例４において、供給バイアス（Ｖｃ−Ｖａ）を−２００Ｖとした。＜比較例１＞粒子塗布例５において、供給バイアス（Ｖｃ−Ｖａ）を−２００Ｖとした。＜比較例２＞粒子塗布例６において、供給バイアス（Ｖｃ−Ｖａ）を−２００Ｖとした。
【００６８】
図８は、各種粒子Ｐを塗布した供給ローラ１０４を使用した結果を通紙枚数と転写効率の関係で示したグラフである。横軸は通紙枚数［枚］、縦軸は転写効率［％］を示している。
【００６９】
本実験では、塗布粒子Ｐ及びバイアス条件を変えて、実施例及び比較例の合計７種類の継続使用による耐久試験を行い、転写効率の推移を調べた。
【００７０】
図８から、実施例１〜５は比較例１とくらべて転写効率が落ちにくいことがわかる。一方、比較例２は比較例１とくらべて早い段階で転写効率が落ち、転写効率が８０％前後になると所謂ボソ画像が発生した。転写効率の低下とトナー１０１の劣化には強い関連性があるので、実施例１〜５は比較例１〜２とくらべてトナー劣化が進んでいるといえる。これは、実施例１〜５で塗布した粒子Ｐによるトナー劣化の抑制効果によるものであると考えられる。
【００７１】
実施例１と実施例２の違いは、供給バイアスである。実験１から、実施例２は供給バイアスが印加されていない分、現像ローラ上のトナー量Ｍ／Ｓ［ｍｇ／ｃｍ２］が低い。また、実施例３は供給バイアスが印加されているが、供給ローラ１０４に絶縁性のスポンジを使用しているため実質的なバイアスの効果はほとんど無くＭ／Ｓが低い。
【００７２】
これら実施例１〜３の結果から、現像ローラ上のトナー量と転写効率にはほぼ相関がないとみなすことができる。したがって、粒子Ｐを供給ローラ１０４に塗布したことで画像濃度が不充分である場合には導電性の供給ローラ１０４を使用して、トナーと同極性側に大きなバイアスを供給バイアスとして印加すればよい。画像濃度が充分である場合には、導電性の供給ローラの電位を現像ローラ１０６と等電位にしたり、絶縁性の供給ローラを使用しても、転写効率への影響はほとんど無い。
【００７３】
このように、供給ローラ１０４が絶縁性、もしくは導電性で供給バイアスが０Ｖの場合に、次のような粒子を選択することで、トナー劣化を抑制することができる。即ち、供給ローラ１０４にトナー１０１以外の粒子Ｐを塗布した時の現像ローラ上のトナー量Ｍ／Ｓ［ｍｇ／ｃｍ２］が、粒子Ｐとしてトナー１０１を塗布した時のＭ／Ｓよりも低くなるようなトナー以外の粒子Ｐを選択することで、トナー劣化を抑制できる。
【００７４】
耐久性については供給バイアスで変化するものではないので、不必要であれば供給バイアスを印加しなくとも良い。Ｍ／Ｓ［ｍｇ／ｃｍ２］が低いためにプリントした画像濃度が低い場合には、供給ローラ１０４に現像ローラ１０６に対してトナー１０１と同極性側に大きく印加することによりトナー劣化を抑制しつつ画像濃度を高くすることができる。
【００７５】
尚、実施例中では供給ローラ１０４に同時に塗布する粒子Ｐは１種類としたが、２種類以上を混ぜて使用しても良い。その際、比較例で使用した粒子と混ぜて使用することで、雑な塗布方法でも実施例の粒子の過剰塗布を防止し、流動性のない実施例の粒子でも塗布しやすくできる効果がある。
【００７６】
上記の実験結果より、供給ローラ１０４にあらかじめ粒子Ｐを塗布した時に現像ローラ１０６上の単位面積当りのトナー層重量Ｍ／Ｓが低下する特性のある粒子Ｐは、現像装置１００の継続使用により進行するトナー劣化を抑制する。
【００７７】
よって、転写効率が高い状態を維持できるため、転写効率の低下による所謂ボソ画像を抑制することができる。粒子を塗布することによる画像濃度低下は、供給ローラにバイアスを印加することで解決できる。また、供給バイアスと実施例の粒子を組み合わせることで、Ｍ／Ｓをより高くコントロールすることもできる。
【００７８】
以上説明したように本実施の形態では、供給ローラ１０４に塗布する粒子として、供給ローラ１０４に塗布した場合の現像部における単位面積当り質量ｍ’と、塗布していない場合の単位面積当り質量ｍの関係が、ｍ’＜ｍとなる粒子を塗布している。特定の粒子を供給ローラ１０４に塗布した場合に、ｍ’＜ｍとなる理由は、供給ローラ１０４とトナー及び現像ローラ１０６との摩擦が軽減され、供給ローラ１０４から現像ローラ１０６へトナーを搬送する能力が低下したためである。これは、単に粒径が小さい粒子が部材同士の接触面積を減らす所謂スペーサー効果だけではなく、粒子のもつ特性が大きく効いていると考えられる。
【００７９】
本実施の形態における実験により、トナーを搬送する能力が低下する粒子を塗布した場合のほうが、よりトナー劣化を抑制できることがわかった。
【００８０】
また、単位面積当りの質量ｍ’が低下した場合、導電性の供給ローラ１０４に所定のバイアスを印加することで、低下した単位面積当りの質量ｍ’を高めることができる。これは、供給ローラ１０４と現像ローラ１０６との摺擦などにより摩擦帯電したトナーが電界によって現像ローラ１０６上へ搬送されやすくなったためであると考えられる。また、供給ローラ１０４に塗布した粒子がトナーと逆極性に帯電しやすい場合は、電界によって供給ローラ１０４に引き寄せられ、継続使用時に脱落しにくくなると考えられる。
【００８１】
また、複数種類の粒子を混ぜてから供給ローラ１０４に塗布することにより、塗布のしやすさを高めることができる。
【００８２】
また、粒径と付着力の観点から考えて、トナーよりも粒子のほうが供給ローラ１０４に付着しやすくなるため、供給ローラ１０４に粒子を塗布した方がより高い効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】現像装置を示した概略断面図である。
【図２】画像形成装置を示した概略断面図である。
【図３】プロセスカートリッジを示した概略断面図である。
【図４】供給ローラの概略断面図である。
【図５】供給ローラの拡大断面図である。
【図６】ローラの抵抗測定方法を示した概略図である。
【図７】単位面積当りのトナー層重量と供給バイアスの関係を示した図である。
【図８】転写効率と通紙枚数の関係を示した図である。
【符号の説明】
【００８４】
１ 画像形成装置
２ プロセスカートリッジ
１００ 現像装置
１０１ トナー
１０４ 供給ローラ
１０５ 規制ブレード
１０６ 現像ローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤担持体と、
前記現像剤担持体上に現像剤を搬送する供給部材と、
前記供給部材から搬送された前記現像剤担持体上の現像剤を規制する規制部材と、
を備えた現像装置において、
前記供給部材には粒子が予め塗布されており、
前記粒子は、
前記供給部材が絶縁性若しくは導電性で前記現像剤担持体と同電位である場合に、
前記粒子を前記供給部材に塗布した場合の前記現像剤担持体上における前記規制部材通過後の現像剤の単位面積当りの質量ｍ’と、
前記粒子を前記供給部材に塗布していない場合の前記現像剤担持体上における前記規制部材通過後の現像剤の単位面積当りの質量ｍと、
の関係がｍ’＜ｍとなる粒子である
ことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記供給部材が導電性であって、
前記供給部材に電圧を印加可能な電圧印加手段を備え、
前記電圧印加手段は、前記現像剤担持体に印加される電圧よりも、現像剤の帯電極性側に大きい電圧を前記供給部材に印加する
ことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記供給部材に塗布する粒子の主成分が、ハイドロタルサイトと、酸化錫と、酸化亜鉛とのうちのいずれかである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記供給部材に塗布する粒子が、２種類以上の粒子を混ぜたものである
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項５】
前記粒子の体積平均粒径が、現像剤の体積平均粒径よりも小さい
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
前記供給部材と前記現像剤担持体とは、それぞれ回転可能に設けられ、互いの周面が接触して反対方向に回転する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
現像剤担持体と、
前記現像剤担持体上に現像剤を搬送する供給部材と、
前記供給部材から搬送された前記現像剤担持体上の現像剤を規制する規制部材と、
を備えた現像装置において、
前記供給部材には粒子が予め塗布されており、
前記粒子は、
前記供給部材が絶縁性若しくは導電性で前記現像剤担持体と同電位である場合に、
前記粒子を前記供給部材に塗布した場合の前記現像剤担持体上における前記規制部材通過後の現像剤の単位面積当りの質量ｍ’と、
前記粒子を前記供給部材に塗布していない場合の前記現像剤担持体上における前記規制部材通過後の現像剤の単位面積当りの質量ｍと、
の関係がｍ’＜ｍとなる粒子である
ことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記供給部材が導電性であって、
前記供給部材に電圧を印加可能な電圧印加手段を備え、
前記電圧印加手段は、前記現像剤担持体に印加される電圧よりも、現像剤の帯電極性側に大きい電圧を前記供給部材に印加する
ことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記供給部材に塗布する粒子の主成分が、ハイドロタルサイトと、酸化錫と、酸化亜鉛とのうちのいずれかである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記供給部材に塗布する粒子が、２種類以上の粒子を混ぜたものである
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項５】
前記粒子の体積平均粒径が、現像剤の体積平均粒径よりも小さい
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
前記供給部材と前記現像剤担持体とは、それぞれ回転可能に設けられ、互いの周面が接触して反対方向に回転する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１３９４３１（Ｐ２００８−１３９４３１Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２３８５０（Ｐ２００６−３２３８５０）
【出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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