(57)【要約】【課題】現像ローラの線速が２００ｍｍ／ｓｅｃ以上の高線速時において、現像ローラ表面にトナーを固着することがなく、トナーが均一に帯電でき、トナーエンドやトナー補給が関わる長期間にわたり、良好な画像濃度と画像品質の維持を可能とした非磁性一成分現像装置、これを備えるプロセスカートリッジおよび画像形成装置を提供することを課題とする。【解決手段】現像剤供給ローラ１４は、ブラシで形成された現像剤供給ブラシローラ１４であって、現像剤供給ブラシローラ１４を形成するブラシが、１ｆ（フィラメント）あたりの太さを表すｄ（デニール）／ｆをＡとし、１ｉｎｃｈ２あたりの密度を表すｆ／ｉｎｃｈ２をＢとしたとき、  Ｃ＝（０．１５５×Ａ×Ｂ）／（９×１０５×１．１３）の関係に対して、Ｃが０．０９〜０．１６の範囲内であることを特徴とする。【選択図】図２
2005189405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤を担持する現像ローラと、現像ローラに現像剤を供給する現像剤供給ローラと、現像剤搬送部材と現像ローラ上の現像剤を規制するための弾性部材からなる規制部材とを備え像担持体上の静電潜像を現像する非磁性一成分現像装置において、
前記現像剤供給ローラは、ブラシで形成された現像剤供給ブラシローラであって、現像剤供給ブラシローラを形成するブラシが、１ｆ（フィラメント）あたりの太さを表すｄ（デニール）／ｆをＡとし、１ｉｎｃｈ２あたりの密度を表すｆ／ｉｎｃｈ２をＢとしたとき、
Ｃ＝（０．１５５×Ａ×Ｂ）／（９×１０５×１．１３）
の関係に対して、Ｃが０．０９〜０．１６の範囲内であることを特徴とする非磁性一成分現像装置。
【請求項２】
前記現像剤供給ブラシローラは、ブラシ１ｆあたりの太さを表すｄ／ｆが、６〜１０の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の非磁性一成分現像装置。
【請求項３】
前記現像剤供給ブラシローラは、現像ローラに対して、０．５〜１．０ｍｍの食い込み量を持って当接していることを特徴とする請求項１または２に記載の非磁性一成分現像装置。
【請求項４】
前記現像剤供給ブラシローラを形成するブラシ生地および繊維は、生地を含む毛足の長さが、３．０〜６．０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の非磁性一成分現像装置。
【請求項５】
前記現像剤供給ブラシローラは、ブラシ繊維を織り込んだ生地を、ブラシパイル間のすきまが０．５ｍｍ以下で芯金に巻き付けて接着したブラシローラであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の非磁性一成分現像装置。
【請求項６】
潜像を担持する像担持体と、
像担持体表面に形成された潜像にトナーを供給し、可視像化する現像手段とを少なくとも含んで一体に支持され、画像形成装置本体に着脱自在に形成されるプロセスカートリッジにおいて、
前記現像手段は、請求項１ないし５のいずれかに記載の非磁性一成分現像装置である
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項７】
潜像を担持する像担持体と、
像担持体表面に均一に帯電を施す帯電手段と、
帯電した像担持体の表面に画像データに基づいて露光し、潜像を書き込む露光手段と、
像担持体表面に形成された潜像にトナーを供給し、可視像化する現像手段と、
像担持体表面の可視像を転写媒体に転写する転写手段と、
転写後の像担持体表面をクリーニングするクリーニング手段とを備える画像形成装置において、
前記現像手段は、請求項１ないし５のいずれかに記載の非磁性一成分現像装置である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項６に記載のプロセスカートリッジを備えることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を利用した画像形成装置に搭載される現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、感光体上に形成された静電潜像を現像し、可視像を形成する画像形成装置に用いられる現像剤には、トナーとキャリアから成る二成分現像剤とトナー単体からなる一成分現像剤とがある。このうち、二成分現像剤を用いる現像方法は、比較的安定した良好な記録画像が得られる反面、キャリアの劣化やトナーとキャリアとの混合比の変動が発生しやすく、また装置が大型化するという欠点があった。そこで、装置の小型化、低コスト化および信頼性の点から一成分現像剤を用いられている。また、一成分磁性トナーと一成分非磁性トナーを比較した場合、一成分磁性現像剤を用いる現像方法では、一般的に黒色マグネット粉である磁性体をトナー中に含むため、黒以外の色については鮮明な色のトナーを得ることが困難である。このため、多色画像を形成するためには、非磁性トナーを用いることになる。
【０００３】
この非磁性トナーを用いた現像方法は、現像ローラとの摩擦や現像ローラの表面に圧接されたトナー薄層形成用の規制版との摩擦でトナーに電荷を寄与することにより、導電性の現像ローラ表面にトナーの薄層を形成し、これを静電潜像保持体に形成された静電潜像に接触させて静電潜像保持体の表面にトナー像を形成する現像方式である。しかしながら、上述の従来の構成では、静電潜像保持体に現像ローラを接触させているため、摩擦によって静電潜像保持体の寿命を短くしたり、現像ローラや静電潜像保持体の駆動トルクが大きくなり、装置が大型化するといった問題点を有していた。
【０００４】
これに対して、特許文献１に示される方法では、静電潜像保持体に１５０〜４００μｍの空隙をもって配置され表面に十点平均粗さで２０〜５０μｍに粗面加工された現像ローラと、現像ローラに当接し現像剤を供給する導電性スポンジローラからなる現像剤供給手段と、現像ローラの表面に現像剤薄層を形成する現像剤薄層成手段と、を備えた構成を有するものである。これによれば、静電潜像保持体と現像ローラとの空隙が１５０〜４００μｍであるため、静電潜像保持体や現像ローラの駆動付加トルクと低減できると共に静電潜像保持体の劣化を抑制し耐久性が向上し、導電性スポンジローラからなる現像剤供給手段で、静電気力、凝集度、粘着力によってトナーが吸着保持でき、吸着したトナーが表面を２０〜５０μｍに粗面化した現像ローラとの摩擦力によって、その表面の凹凸部に確実に保持され、良好な印字品質の非磁性トナー像を静電潜像保持体上に形成できるとしている。しかしながら、現像ローラの線速が５０〜６０ｍｍ／ｓｅｃ程度の低速機の場合は問題ないが、線速２００ｍｍ／ｓｅｃ以上、特に２３０ｍｍ／ｓｅｃ以上となると以下の問題が発生する。
【０００５】
上記表面に粗面加工された現像ローラと導電性スポンジからなる現像剤供給手段とでは、トナーにかかる負担は非常に大きくトナー劣化が極めて早くなり、また、長期間にわたって駆動し続けると現像ローラの負荷トルクが上昇し、かつ上記粗面加工された現像ローラ上の凹凸部にトナーが埋め込まれてしまう（固着）問題を有している。本発明者の検討によれば、線速２００ｍｍ／ｓｅｃ以上を有する現像装置において、連続通紙で徐々に負荷トルクが重くなり、更に６０００枚コピーで現像ローラ上の凹凸部にトナーが入り込む固着現象が確認され、それに伴い画像濃度の低下や逆帯電トナーの発生が確認された。従って、現像剤供給ローラがスポンジローラである場合では画像形成装置の高線速化には対応できない。
【０００６】
一方、特許文献２に記載の方法は、像担持体と対向されて配設され、像担持体の表面に非磁性一成分トナーを付着させて現像を行う現像ローラと、この現像ローラに所定の押圧力で当接させて配設され、回転に伴って現像ローラに非磁性一成分トナーを供給するトナー供給ローラは、芯部材にブラシ毛を均一に植毛することによって形成され、ブラシ毛の密度は６万〜１２万本／ｉｎｃｈ２で、トナー供給ローラは芯部材にブラシ毛を均一に植毛することによって形成されるので、外添剤が非磁性一成分トナー内に埋め込まれたり、非磁性一成分トナーから脱落したりするのを防止することができ、非磁性一成分トナーの流動性が向上させることができるとしている。
しかしながら、静電植毛による毛足長さが最大で１．７ｍｍ程度と短いため、線速２００ｍｍ／ｓｅｃ以上、特に２３０ｍｍ／ｓｅｃ以上となると、ブラシ繊維の間にトナーが入り込みムラのない良好なトナー層が形成できない。また、現像装置のトルク上昇が発生する。さらには、ブラシ繊維の接着条件を厳しく管理しないと、静電植毛法ではブラシ繊維が抜け落ち易く、抜けたブラシ繊維がブレード当接部に挟み込まれ、白抜け画像が発生し易い。
本発明者の検討によれば、線速２００ｍｍ／ｓｅｃ以上を有する現像装置においては、静電植毛で形成されたブラシ繊維では２ｍｍ程度の毛足長さしか得られず、現像ローラとの接触によりブラシ繊維が潰れてしまいブラシ潰れ跡が発生し、この影響で現像ローラとの接触圧が変化してしまいトルクが上昇し、またブラシが抜け落ちる現象が確認された。したがってこの条件では画像形成装置の高線速化には対応できない。
また、これら以外に供給ローラは、導電性スポンジローラと導電性ブラシローラが同様に扱われる場合が多く存在する。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−９０７３８号公報
【特許文献２】特開２０００−２３５３０２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、現像剤供給スポンジローラと現像剤供給ブラシローラでは材料、帯電特性、表面抵抗、負荷トルクなど異なる特性を示し、且つ効果も異なる。特に、一成分現像方式における供給ローラに導電性ブラシローラを用いる場合、ブラシローラの特性および効果を詳細にわたって得ている条件はなく、本発明者の検討によれば、ある特定の条件下では、まったく異なった特性を示すことを見いだし、最適な画像品質を得るためのブラシローラの条件を見いだした。詳細には、現像剤供給ブラシローラのブラシ１Ｆ（フィラメント）あたりの太さを表すｄ（デニール）と、１ｉｎｃｈ２あたりの密度を表すＦ（フィラメント）／ｉｎｃｈ２との関係と現像ローラに対する条件とが最適でなければ現像剤供給ブラシローラの効果は得られないことを見いだした。
上記問題点に鑑み、本発明は、現像ローラの線速が２００ｍｍ／ｓｅｃ以上の高線速時において、現像ローラ表面にトナーを固着することがなく、且つトナーが均一に帯電でき、トナーエンドやトナー補給が関わる長期間にわたる条件においても、現像ローラ上に安定したトナー重量およびトナー層を形成することにより現像ローラ上のトナーを効率的に静電潜像に飛翔し、良好な画像濃度と画像品質の維持を可能とした非磁性一成分現像装置、これを備えるプロセスカートリッジおよび画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、現像剤を担持する現像ローラと、現像ローラに現像剤を供給する現像剤供給ローラと、現像剤搬送部材と現像ローラ上の現像剤を規制するための弾性部材からなる規制部材とを備え像担持体上の静電潜像を現像する非磁性一成分現像装置において、前記現像剤供給ローラは、ブラシで形成された現像剤供給ブラシローラであって、現像剤供給ブラシローラを形成するブラシが、１ｆ（フィラメント）あたりの太さを表すｄ（デニール）／ｆをＡとし、１ｉｎｃｈ２あたりの密度を表すｆ／ｉｎｃｈ２をＢとしたとき、
Ｃ＝（０．１５５×Ａ×Ｂ）／（９×１０５×１．１３）
の関係に対して、Ｃが０．０９〜０．１６の範囲内であることを特徴とする非磁性一成分現像装置である。
請求項２に記載の本発明は、前記現像剤供給ブラシローラは、ブラシ１ｆあたりの太さを表すｄ／ｆが、６〜１０の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の非磁性一成分現像装置である。
請求項３に記載の本発明は、前記現像剤供給ブラシローラは、現像ローラに対して、０．５〜１．０ｍｍの食い込み量を持って当接していることを特徴とする請求項１または２に記載の非磁性一成分現像装置である。
【００１０】
請求項４に記載の本発明は、前記現像剤供給ブラシローラを形成するブラシ生地および繊維は、生地を含む毛足の長さが、３．０〜６．０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の非磁性一成分現像装置である。
請求項５に記載の本発明は、前記現像剤供給ブラシローラは、ブラシ繊維を織り込んだ生地を、ブラシパイル間のすきまが０．５ｍｍ以下で芯金に巻き付けて接着したブラシローラであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の非磁性一成分現像装置。
請求項６に記載の本発明は、潜像を担持する像担持体と、像担持体表面に形成された潜像にトナーを供給し、可視像化する現像手段とを少なくとも含んで一体に支持され、画像形成装置本体に着脱自在に形成されるプロセスカートリッジにおいて、前記現像手段は、請求項１ないし５のいずれかに記載の非磁性一成分現像装置であることを特徴とするプロセスカートリッジである。
請求項７に記載の本発明は、潜像を担持する像担持体と、像担持体表面に均一に帯電を施す帯電手段と、帯電した像担持体の表面に画像データに基づいて露光し、潜像を書き込む露光手段と、像担持体表面に形成された潜像にトナーを供給し、可視像化する現像手段と、像担持体表面の可視像を転写媒体に転写する転写手段と、転写後の像担持体表面をクリーニングするクリーニング手段とを備える画像形成装置において、前記現像手段は、請求項１ないし５のいずれかに記載の非磁性一成分現像装置であることを特徴とする画像形成装置である。
請求項８に記載の本発明は、請求項６に記載のプロセスカートリッジを備えることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、ブラシ繊維によりトナーの帯電が効率良くなり、トナーによるブラシ繊維の目詰まりを防止し、逆帯電トナーが増加を防止し、トナーの供給性、搬送性が均一で安定することにより、画像濃度が一定で、画像濃度ムラ、地肌汚れが発生しない良好な画像濃度と画像品質が得ることが可能な非磁性一成分現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置を提供する。
また、本発明により、現像剤供給ブラシローラのブラシ１ｆあたりの太さを表すｄ／ｆが、６〜１０にあることで、トナーの供給性、トナーの搬送性が効果的に行われ、かつ、ブラシの復元力が十分に発揮されることにより現像ローラの残トナーの掻き落としや現像剤供給ブラシローラの表面の残トナーを清掃することが可能となる非磁性一成分現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置を提供する。
【００１２】
また、本発明により、現像剤供給ブラシローラが、現像ローラに対して、０．５〜１．０ｍｍの食い込み量を持って当接していることで、現像ローラとの接触によるトナー帯電が安定し、また現像ローラにトナー固着を起こすことなく、さらに、ブラシの復元力を妨げないことから、現像ローラや現像剤供給ブラシローラに悪影響を与えず、画像濃度が一定で、画像濃度ムラ、地肌汚れが発生しない良好な画像濃度と画像品質が得ることが可能な非磁性一成分現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置を提供する。
また、本発明により、現像剤供給ブラシローラを形成するブラシ生地および繊維は、生地を含む毛足長さが、３．０〜６．０ｍｍにあることで、ブラシ繊維の撓みを最適に保つため、トナーの供給性、搬送性、復元力が十分に発揮されることとなり、トナーの帯電が正常に行われ、画像濃度が一定で、画像濃度ムラ、地肌汚れが発生しない良好な画像濃度と画像品質が得ることが可能な非磁性一成分現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置を提供する。
また、本発明により、現像剤供給ブラシローラは、ブラシ繊維を織り込んだ生地を、ブラシパイル間のすきまを０．５ｍｍ以下で芯金に巻き付けて接着したブラシローラであることで、現像剤供給ブラシローラと現像ローラとの接触帯電が十分に行われ、逆帯電トナーの発生が減少でき、画像濃度が一定で、画像濃度ムラ、地肌汚れが発生しない良好な画像濃度と画像品質が得ることが可能な非磁性一成分現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明はこの発明の最良の形態の例であって、いわゆる当業者は特許請求の範囲内で、変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、以下の説明が特許請求の範囲を限定するものではない。
【００１４】
図１は、本発明に係る反転現像による２色ディジタル画像形成装置を示す概略断面図である。図２は、本発明に係る画像形成装置に配置される現像装置の構成を示す概略図である。
この画像形成装置は、反転現像により２色ディジタル画像を形成するもので、表面に静電潜像が形成される静電潜像担持体である感光体１の周囲に、第１の現像に備え、感光体１の表面を一様に帯電する第１帯電装置２、スキャナにより読み取られた原稿画像信号に基づき、感光体１上に第１のトナー現像のための静電潜像を形成する第１露光装置による光３、静電潜像を第１のトナーにより現像し、トナー像を形成する第１現像装置４、第１の現像と同様に第２のトナーによるトナー像を形成するための第２帯電装置５、第２露光装置による光６及び第２現像装置７、感光体１上に形成されたトナー像を転写するための記録紙を供給する給紙部８、記録紙の裏側からトナー電荷と逆極性の電荷を与え、感光体上のトナー像を記録紙に転写する転写装置９、トナー像転写後に感光体１上に残留するトナーを除去するクリーニング装置１０及び次の画像形成に備えて感光体１表面の電荷を除去する除電装置である消去光源１１が順次配設されている。
感光体１は、ドラム状の導電性基体の周面に、電荷発生層及び電荷輸送層が順次積層されたもので、回転可能に支持され、図示しない駆動手段により、例えば線速２５０ｍｍ／secで一定の方向に回転するように駆動される。
【００１５】
第１現像装置４及び第２現像装置７は、感光体１と対向する位置にそれぞれ現像用の開口を有し、この部位に第１現像ローラ又は第２現像ローラ１２が配設され、各現像ローラの周面が感光体１の周面と対向するように支持されている。第１現像装置４には磁性キャリアとトナーとから成る二成分現像剤が用いられ、第１現像ローラ上に形成された磁気ブラシ状に形成されている現像剤が感光体１と接触しており、第２現像装置７にはカラー顔料を用いた非磁性一成分現像剤（以下トナーともいう）が用いられ、第２現像ローラ１２上に形成されたトナー層が感光体１の周面と所定の間隔を保持するように支持されている。なお本実施の形態では、現像ローラ１２は感光体１と所定の空隙を持ってトナーを感光体１表面の静電潜像に付着させることによってトナー像を形成する非接触現像方式であるが、無論、接触現像方式にて静電潜像をトナー現像する場合は、金属製の芯金表面にシリコンゴム、ＮＢＲゴム、ＥＰＤＭゴム、ウレタンゴム等の一般的なゴム材料からなる弾性層を有している現像ローラを用いても問題ない。
【００１６】
第２現像装置７は、図２に示すように、感光体１と対向する位置に設けられた開口の部位に第２現像ローラ１２を有し、この第２現像ローラ１２は感光体１と同方向に回転するように支持されている。第２現像ローラ１２は、ブラストビーズ球形粒子＃６０以下を用いて粗さＲｚ１４μｍ以上の表面を有する現像ローラを用いる。また、感光体１と第２現像ローラ１２との対向部の上流側には、第２現像ローラ１２上のトナー層の層厚を均等に均すための薄層化ブレード１６が現像ローラ１２の周面に接して設けられている。
図示しないトナー補給部から補給されたトナーは、アジテータ１５により攪拌されながら搬送され、アジテータ１５によりトナー供給ブラシローラ（現像剤供給ブラシローラ）１４に付着し、次に、トナー供給ブラシローラ１４から第２現像ローラ１２に付着し、続いて薄層化ブレード１６により薄層化され、直流現像バイアス電源もしくは直流を重畳した交流現像バイアスが第２現像ローラ１２に印可され、第２現像ローラ１２とスペーサコロ１３により間隙を保たれているもしくは第２現像ローラ１２が感光体１に接触し、感光体１の静電潜像に現像し、顕像化される。
【００１７】
トナーは、極性が負帯電性を有し、重量平均粒子径が５〜１５μｍの範囲にある。５μｍ以下では、現像ローラとの付着力が強く現像性が低下し、また、現像されても重量が小さいために画像濃度が低いため高品位の画像を得ることが難しいからである。１５μｍ以上では、逆に現像されやすく画像の非画像部に現像されやすく画像汚れが発生しやすいからである。また、トナーは熱可塑性樹脂に着色剤を溶融混合し粉砕して製造する。熱可塑性樹脂としては、ポリエステル樹脂、スチレン−アクリル樹脂等を用いる。着色剤としては、黒色トナーにはカーボンブラック、赤色トナーには、キナクリドン系顔料、アゾ系顔料あるいはペリレン系顔料等の任意のものを用いることができる。その他の着色剤を用いてイエロー、シアン、マゼンタを再現するトナーであってもよい。
【００１８】
第２現像装置７内の第２現像ローラ１２の後方には、導電性繊維かつトナーと逆極性の帯電極性を持つブラシ繊維が所定のブラシ密度（ｆ／ｉｎｃｈ２）且つ所定のブラシ繊維太さ（ｄ／ｆ）のブラシ毛を織り込んだ生地を、ブラシパイル間のすきまが０．５ｍｍ以下になるように芯金部材の周囲に斜めに巻き付けて接着したトナー供給ブラシローラ１４が、現像ローラ１２と逆方向に線速比１：１．３以上で回転しており、その後方にアジテータ１５が設けられており、それぞれ矢印の方向に回転するように支持されている。
すなわち、本発明者は、上述の非磁性一成分現像方式において、現像剤を供給する供給ブラシローラで高品質な画像を得る供給ブラシローラの条件を解明したものであり、ブラシ１ｆあたりの太さを表すｄ／ｆをＡとし、１ｉｎｃｈ２あたりの密度を表すｆ／ｉｎｃｈ２をＢとしたとき、
Ｃ＝（０．１５５×Ａ×Ｂ）／（９×１０５×１．１３）
の関係に対して、Ｃが０．０９〜０．１６の範囲内である６〜１０ｄ／ｆの供給ブラシローラが、毛足長さ３．０〜６．０ｍｍで現像ローラに対して０．５〜１．０ｍｍで食い込んでいる条件であるならば、長期間にわたり使用しても、安定した帯電性が得られ、トナー供給ブラシローラのブラシ繊維がトナーによって目詰まりを起こさず、また逆帯電トナーが発生することなく、画像濃度が一定で、画像濃度ムラ、地肌汚れも発生ない良好な画像が得られるトナー供給ブラシローラの条件を見いだした。
【００１９】
また、トナー供給ブラシローラは、ブラシ毛を織り込んだ生地を芯金に巻き付け接着したトナー供給ブラシローラを用いる。ブラシ状のトナー供給ローラを製造する方法として、静電的にブラシを芯部材に植毛する静電植毛による方法がある。しかし、静電的にブラシを芯部材に植毛するため、ブラシ毛足長さは２ｍｍ程度しか得られない。また、ある程度のｄ／ｆが必要となることで、静電気力が薄れ、現像ローラとの接触によりブラシが抜け落ちたり、現像ローラとの負荷で徐々に経時でブラシが潰れ、これにより画像にブラシ跡が発生し、また、潰れたところにトナーが入り込むことで現像駆動負荷トルクが増加するなどの問題が生じる。
トナー供給ブラシローラは、現像ローラとの接触が解放されるときに、ブラシ繊維の反発力、即ち、戻ろうとする復元力と、回転による遠心力で現像ローラへ供給された後のブラシ繊維表面にある残留トナーが後方へと弾き出されることで、ブラシ繊維表面が清掃される現象が起こる。これにより常に新しいトナーを現像ローラに供給することができる。さらに、ブラシ繊維に入り込んだトナーが現像ローラとの接触で押し潰されることによりブラシが硬くなること、これによる駆動負荷トルクの上昇を防ぐことができる。これはトナー劣化の抑制にも関わり、また、現像ローラに対して逆方向、実施の形態では現像ローラに対して上方に回転するので接触が解放される空間にはトナーがないこともブラシ繊維が清掃されやすくしている。
【００２０】
一方、ブラシをスポンジに置き換えた場合には、即ち、トナー供給スポンジローラでは、この反発力がないためトナーの清掃が完全におこなわれず、トナーが現像ローラとトナー供給スポンジローラとの接触による圧力により、徐々にスポンジ内部に入り込み、スポンジが肥大して現像ローラとの圧力が変わり、駆動負荷トルクが上昇する。従って、トナーがより強い圧力で押しつけられるためトナー劣化が発生し、画像濃度が低下し、さらに、逆帯電トナーが増加する原因にもなる。トナー供給スポンジローラは、体積抵抗率約１×１０６Ωｃｍの導電性のスポンジ層を有する径１６ｍｍのスポンジローラである。この導電性のスポンジ層は、カーボン１０ｗｔ％を内添及び分散させ、その後、発泡及び型成型した発泡ポリウレタンを用いている。このトナー供給スポンジローラ表面の空孔開口径が平均０．２〜０．３ｍｍのときに、トナーにかかる負担が非常に大きくなり、トナー劣化を加速させてしまうので、経時で画像濃度の低下を発生させる。さらに、トナー供給スポンジローラ空孔にトナーが進入して、トナー供給スポンジローラが肥大することで現像駆動トルクが上昇し、現像ローラとの接触圧力が増加する。これに伴い、トナーが現像ローラに強く押しつけられ、トナーが現像ローラ表面の凹凸に固着して現像ローラの摩擦係数が減少する。その結果、トナーの帯電能力が低下してトナーが逆帯電してしまうことで地肌汚れが発生する。このとき、現像ローラ上のトナー薄層にはスジ状のムラが発生するという問題が発生した。
【００２１】
トナー供給スポンジローラとトナー供給ブラシローラの駆動負荷トルクを比較したところ、初期ではトナー供給ブラシローラが１．６ｋｇｆ・ｃｍに対し、トナー供給スポンジローラが２．５ｋｇｆ・ｃｍであり、Ａ４Ｙで１５ｋ枚後の駆動負荷トルクは、トナー供給ブラシローラが変わらず１．６ｋｇｆ・ｃｍに対し、トナー供給スポンジローラが３．５ｋｇｆ・ｃｍと上昇した。また、逆帯電トナー発生有無を確認すべく、実際に転写後の感光体上に残った残トナーの帯電量を測定すると、トナー供給スポンジローラは高い逆帯電のトナー、ここでは正帯電のトナーが残っているのを確認した。
【００２２】
トナー供給ブラシローラは、ブラシ毛が抜け落ちず、またブラシ密度やブラシの太さや毛足長さなどの条件が広い範囲で設定できるブラシ毛を織り込んだ生地を芯金部材の周囲に斜めに巻き付けて接着したー供給ブラシローラを用いた。トナー供給ブラシ部材は、弾性を有するブラシ繊維を生地に織り込み、ＳＵＳ等からなるドラム上の芯金周囲に巻き付けて接着する構成をしている。芯金には、現像ローラと同じＤＣ電圧が印可されている。
【００２３】
本発明の実施形態では、ブラシを構成する繊維として、低抵抗の電気的特性を持つ導電性繊維（１０３〜１０７Ω・ｃｍ）を用い、ナイロンを使用した。トナーは負極性の帯電性をもつトナーを用いているので、導電性繊維は、トナーと接触することでトナーに電荷を与えるため、導電性繊維の基礎構成素材としては、トナーを負極性に帯電させる特性を持つ材質を選ぶことが望ましく、ブラシ繊維の帯電極性は正帯電となり、例えば導電性ナイロンを使用することができる。導電性繊維はナイロンに限るのもではなく、トナーを帯電させる特性に応じて導電性繊維の選択を行えばよく、例えばトナーを負極性に帯電させる材質としてレーヨン等の材質でもよい。これらはブラシ繊維の電荷のカウンタージャーによってトナーに電荷を寄与する。例えば、トナーの帯電と同極性の帯電極性のブラシ繊維を用いた場合、ブラシ繊維が体積抵抗率約１×１０６〜１×１０９Ω・ｃｍの導電性ＰＥＴを用いると、地肌汚れが発生してしまい、かつ経時で画像濃度が低下する。ブラシ繊維の帯電極性がトナーと同極性では、ブラシ自身の帯電効果が強すぎてしまい、トナーを逆帯電化してしまい、経時で逆帯電トナーが徐々に増えていく。感光体の画像部に付着するトナーは負帯電のトナーであるが、この負帯電トナーが感光体に飛翔するときに、同時に逆帯電トナーも感光体に付着する。感光体に付着したトナーは、転写電流の印加によって負帯電のトナーは転写紙に転写されるが、逆帯電トナーは転写されないため、経時で徐々に感光体上に逆帯電トナーが蓄積し、画像濃度が低下し、地肌汚れが発生することになる。ところが、本発明の実施形態におけるブラシ繊維の帯電極性がトナーと逆極性のときは、地肌汚れが発生することなく、経時でも画像濃度が安定する。ブラシ繊維は、ブラシ繊維同士の摩擦や現像ローラとの摩擦、更にはトナーとの摩擦で、ブラシ自身が持つ帯電極性に帯電する。そのため、ブラシ繊維の帯電極性がトナーと逆極性では、トナーを負帯電に導くことで逆帯電トナーの発生がないため、地肌汚れがなく、画像濃度の低下もない。
【００２４】
ブラシ繊維を生地に織り込むとき、図３に示すブラシ繊維の間に３本の生糸が織り込まれるＷ織り１７と、図４に示すブラシ繊維の間に一本の生糸を織り込むＵ織り１８またはＶ織りがある。毛抜けが発生しないならば、どちらの織り方を用いようが問題はなく、条件に応じて使い分ければよい。なお、抜け落ちたブラシ繊維は、薄層化ブレード１６と現像ローラ１２の間に入り込み、薄層にスジを形成したり、ブラシ繊維の抜けおちた箇所のトナー供給性が低下し、トナー帯電性の低下や現像ローラ上のトナー重量が減少するなどの問題を発生させる。よって、上記織り方を用いて、毛抜けが発生しないようにする必要がある。
【００２５】
図５に、現像ローラ１９とトナー供給ブラシローラ２０の実施の形態を示す。ブラシ繊維２０ａを織り込んだ生地２０ｂが、芯金２０ｃに巻き付けられ、トナー供給ブラシローラ２０となる。ブラシ繊維２０ａと生地２０ｂの厚みが毛足長さ（ｍｍ）であり、ブラシ繊維２０ａが現像ローラ１９に食い込んでいる量が、食い込み量（ｍｍ）である。
このブラシ繊維を織り込んだ生地を芯金に巻き付けたときのブラシパイル間のすきまが１．０ｍｍ以上では、斜め方向のブラシパイル間のすきまの跡による濃度ムラおよび白抜けが発生する。これは、この箇所で現像ローラと接触がないため、現像ローラへのトナー供給量が少ないために発生したものである。ブラシパイル間のすきまを０．５ｍｍ以下にすることで濃度ムラはなくなり、トナーの接触帯電の機会も増大することで逆帯電トナーの発生も減少できる。
【００２６】
本発明の実施形態における、ブラシ繊維密度ｆ／ｉｎｃｈ２とブラシ太さｄ／ｆは、本発明の特徴であるブラシ１ｆあたりの太さを表すｄ／ｆをＡとし、１ｉｎｃｈ２あたりの密度を表すｆ／ｉｎｃｈ２をＢとしたとき、
Ｃ＝（０．１５５×Ａ×Ｂ）／（９×１０５×１．１３）
の関係に対して、Ｃが０．０９〜０．１６の範囲内である、ブラシ密度１５０ｋｆ／ｉｎｃｈ２、６ｄ／ｆ、すなわちＣ＝０．１３７の導電性ナイロンを用いた。Ｃは、１ｉｎｃｈ２に織り込まれたブラシ繊維の総断面積を表している。すなわち、１ｉｎｃｈ２あたりのブラシ繊維の総断面積が０．０９〜０．１６の範囲内、好ましくは０．１２〜０．１４であり、更にはブラシの毛足長さが３．０〜６．０ｍｍ好ましくは３．５〜４．５ｍｍの範囲で、現像ローラに対して０．５〜１．０ｍｍ好ましくは０．７５ｍｍで食い込んでいるならば、ブラシ繊維の反発力と回転による遠心力で現像ローラへ供給された後のブラシ繊維表面にある残留トナーが後方へと弾き出される効果が最大限に発揮でき、ブラシ繊維内へのトナーの進入を防ぎ、ブラシが潰れることなく経時において安定したブラシ品位が保たれ、且つブラシ繊維同士およびブラシ繊維とトナーとの摩擦によるトナー帯電効率が上がり、トナー帯電が一定に保たれる効果が認められる。
【００２７】
４ｄ／ｆ以下となるとブラシ繊維が細すぎてしまい、現像ローラとの接触により徐々にブラシがトナー供給ブラシローラの回転方向に沿うようにへたりが発生しはじめ、現像ローラ上のトナーを掻き取る力の低下およびトナーを現像ローラへと運んでくる供給能力の低下となり、画像濃度が低下してしまう。更に、ブラシ自身の復元力の低下からブラシ表面にあるトナーを清掃しきれなくなり、徐々にトナーがブラシ内部に浸透し、結果ブラシが肥大し現像ローラとの圧力が増し、ブラシ潰れが発生する。
従って、６〜１０ｄ／ｆであり、ＢからＡはＣの範囲内に収めるブラシ密度でなければならないことは言うまでもない。また、Ｃが０．０９以下の場合、ブラシ繊維の１ｉｎｃｈ２あたりの総断面積が少なくなることでブラシ面積に対してブラシ繊維がない箇所が増してしまい、ブラシ繊維がトナーに与える電荷が不足することでトナーの帯電量が減少し、且つブラシ繊維によるトナー帯電が不安定になることで帯電されない逆帯電トナーを形成し、結果、画像濃度が薄くなる。また、Ｃが０．１６以上の場合、ブラシ繊維が密になったことでブラシ繊維が絡まり、ブラシ繊維の反発力の低下が起こり、ブラシ繊維の隙間に入り込んだトナーを弾き出せずブラシ繊維内部にトナーが蓄積されることで肥大し、ブラシ潰れが発生し、現像ローラ上にトナー固着を起こし、画像濃度の減少や地肌汚れを発生させる。
【００２８】
また、Ｃが０．０９〜０．１６範囲内のトナー供給ブラシローラが現像ローラに対し食い込み量０．５〜１．０ｍｍ、好ましくは０．７５ｍｍであり、毛足長さが３．０〜６．０ｍｍ好ましくは３．５〜４．５ｍｍであることで、現像ローラとトナー供給ブラシローラとの接触によるトナー帯電が安定して得られ、良好な画像濃度となる現像ローラ上トナー重量０．７０〜１．６０（ｍｇ／ｃｍ２）、トナー帯電量６．０〜２０．０（−μＣ／ｇ）の範囲内となる。
食い込み量が０．５ｍｍ以下の場合、トナー供給ブラシローラが現像ローラに接触する面積が減ることで、現像ローラとトナー供給ブラシローラとの接触によるトナー帯電量が減少し、良好な画像濃度が得られるトナー重量とトナー帯電量が得られなくなり、画像濃度が低下したり、現像ローラへのトナー供給が減り、濃度ムラが発生する。また、食い込み量が１．０ｍｍ以上の場合、現像ローラに対するあたりが強くなるためにトナー供給過多となり、現像ローラの凹凸にトナー固着したり、ブラシ繊維への負荷が強くなりすぎてしまうことによりブラシの復元力が低下してしまい、食い込んだ状態からブラシが復元しなくなってしまう。そのため、ブラシ繊維表面にある残留トナーが後方へと弾き出される効果が失われることでブラシ繊維内部に入り込んだトナーにより肥大し、駆動負荷トルク上昇するなど問題を導いてしまう。
【００２９】
また、毛足長さに関して、トナー供給ブラシローラの生地を含む毛足長さが３．５ｍｍ以下となると、応力が強まることにより、トナーや現像ローラとの負荷によるブラシ繊維の撓みが撓みにくくなるためトナーの供給性や搬送性、現像ローラとの摩擦力等の効果も強まる。それにより、トナー供給過多、搬送量過多となり、ブラシ繊維がトナーにより目詰まりを起こしてしまい、この目詰まりによって正常なトナー層が形成できなくなり、またブラシの復元力と遠心力でもトナーを清掃することができなくなり、更にトナーが入り込むことでブラシ表面がトナーによって肥大し、さらに、押し潰されてブラシ表面が硬くなり、現像駆動トルクが上昇してしまう。また、毛足長さ６．０ｍｍ以上になると、ブラシ自体がトナーによる目詰まりなどで問題が発生するのではなく、３．５ｍｍ以下とは逆に応力が弱まるため、ブラシ繊維が撓みやすくなり、トナーの供給性、搬送性が衰えてしまい、現像ローラにトナーを供給出来なくなり、結果画像濃度が薄くなってしまう。更に、供給性が悪いために、濃度ムラが発生し、この影響で画像濃度追従性も悪くなる。これらに対してブラシ毛足長さが３．０〜６．０ｍｍ、好ましくは３．５〜４．５ｍｍであると、現像ローラへのトナー供給性、搬送性のバランスがよいため、濃度ムラもなく、且つブラシの復元力の効果が十分に発揮されるため、良好な画像を得ることができる。すなわち、本発明によって長期間においてブラシ特性及び状態が変化することがなく、したがってトナー供給性が損なわれることがなく、安定してトナーに電荷を与えることが可能となり、良好な画像濃度と画像品質が得ることができることを見いだし、更に条件の定量化を見いだした。
【００３０】
従来、非磁性一成分現像方式に用いるトナー供給ローラに用いるトナー供給ブラシローラについて、詳細にわたってその効果や影響を解明したものはなく、トナー供給スポンジローラと同様に扱われる場合が多く存在した。本発明は、トナー供給スポンジローラとトナー供給ブラシローラの差を解明し、６〜１０ｆ／ｄのトナー供給ブラシローラを用いる時の条件を導き出し、さらに、トナー供給スポンジローラで発生する問題を解決し、且つトナー供給ブラシローラ特有の問題であるトナー帯電不足やブラシ潰れ等が発生しないブラシ条件を明らかにし、良好な画像濃度と画像品質が得られ、トナー帯電量およびトナー重量が得られるブラシ条件を導き出したものである。
【００３１】
以下に実施例および比較例を示す。
実施例１に、導電性ナイロン繊維で形成されたトナー供給ブラシローラが、Ａ＝６．２５（３００ｄ／４８ｆ）、Ｂ＝１５００００、Ｃ＝０．１３７、毛足長さ３．５ｍｍで、現像ローラに食い込み量１．０ｍｍで接触し、本発明の非磁性一成分現像方式を得た。
実施例２に、導電性ナイロン繊維で形成されたトナー供給ブラシローラが、Ａ＝６．２５（３００ｄ／４８ｆf）、Ｂ＝１５００００、Ｃ＝０．１３７、毛足長さ５．０ｍｍで、現像ローラに食い込み量０．７５ｍｍで接触し、本発明の非磁性一成分現像方式を得た。
比較例１に、導電性ナイロン繊維で形成されたトナー供給ブラシローラが、Ａ＝６．２５（３００ｄ／４８ｆf）、Ｂ＝１５００００、Ｃ＝０．１３７、毛足長さ２．５ｍｍで、現像ローラに食い込み量１．２ｍｍで接触し、本発明の非磁性一成分現像方式を得た。
比較例２に、導電性ナイロン繊維で形成されたトナー供給ブラシローラが、Ａ＝２．０８（２００ｄ／９６ｆ）、Ｂ＝１４４０００、Ｃ＝０．０４４、毛足長さ５．０ｍｍで、現像ローラに食い込み量１．０ｍｍで接触し、本発明の非磁性一成分現像方式を得た。
比較例３に、導電性ナイロン繊維で形成されたトナー供給ブラシローラが、Ａ＝４．１７（２００ｄ／４８ｆ）、Ｂ＝１３００００、Ｃ＝０．０８、毛足長さ３．５ｍｍで、現像ローラに食い込み量１．０ｍｍで接触し、本発明の非磁性一成分現像方式を得た。
比較例４に、体積抵抗率約１×１０６Ωｃｍの導電性のスポンジ層を有する径１６ｍｍのスポンジローラで構成し、この導電性のスポンジ層としては、カーボン１０ｗｔ％を内添及び分散させ、その後、発泡及び型成型した発泡ポリウレタンを用いて、このスポンジローラ表面の空孔開口径は平均０．２〜０．３ｍｍで、現像ローラに対して食い込み量１．０ｍｍで接触している。
【００３２】
表１は、上記実施例および比較例を表したものである、図１及び図２の様な構成を有する複写機（リコー社製  商品名：ＩｍａｇｉｏＭＦ３３５０Ｗ）の現像装置に供給して、複写機を温度２３℃湿度６５％ＲＨの常温常湿環境下でＡ４Ｙを３０ｋ枚まで通紙を行い、初期と３０ｋ枚時の画像濃度と地肌汚れ有無の結果を表１に示す。画像濃度評価のランク分けは、Ａ：１．２以上、Ｂ：０．９以上１．２未満、Ｃ：０．６以上０．９未満、Ｄ：０．６未満、−：結果なし  とし、地肌汚れ有無は、○：未発生、×：発生、−：結果なしとした。なお、画像濃度は、０．９以上が良好な画像濃度であるので、Ｂ判定までが良好といえる。
【００３３】
【表１】
2005189405.tif 000003
【００３４】
以上説明したように、本発明の特徴を満たすことで、長期間において供給ブラシローラのブラシ繊維状態が変化することなく、ブラシ繊維によるトナーへの電荷が効率良く十分に与えられ、ブラシ繊維がトナーによって目詰まりを起こさず、これにより現像駆動負荷トルクの上昇がなく、また逆帯電トナーが発生することなく、画像濃度が一定で、画像濃度ムラ、地肌汚れも発生しない良好な画像濃度と画像品質が得られる。
【００３５】
また、本発明に係る非磁性一成分現像装置４、７を感光体１と一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在に形成したプロセスカートリッジとすることができる。プロセスカートリッジは、この他に帯電装置２、５及び／又はクリーニング装置１０を含んで構成するものであっても良い。また、プロセスカートリッジ化することにより、メンテナンスの面で有利であり、感光体１、現像装置４、７、及び、帯電装置２、５及び／またはクリーニング装置１０等に起因した故障を起こした場合、カートリッジを交換するだけで、早期に原状回復させることができるため、サービス時間を短縮することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る反転現像による２色ディジタル画像形成装置を示す概略断面図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置に配置される非磁性一成分現像装置の構成を示す概略図である。
【図３】ブラシ繊維の間に３本の生糸が織り込まれるＷ織りを示す図である。
【図４】ブラシ繊維の間に一本の生糸を織り込むＵ織りまたはＶ織りを示す図である。
【図５】本発明に係る現像ローラと供給ブラシローラの実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  像担持体（感光体）
２  第１帯電装置
３  第１露光装置による光
４  第１非磁性一成分現像装置
５  第２帯電装置
６  第２露光装置による光
７  第２非磁性一成分現像装置
８  給紙部
９  転写装置
１０  クリーニング装置
１１  消去光源
１２  現像ローラ
１３  スペーサコロ
１４  トナー供給ブラシローラ
１５  アジテータ
１６  薄層化ブレード
１７  Ｗ織り
１８  Ｕ織り
１９  現像ローラ
２０  トナー供給ブラシローラ（現像剤供給ブラシローラ）
２０ａ  ブラシ繊維
２０ｂ  生地
２０ｃ  芯金
【図１】
2005189405.tif 000004
【図２】
2005189405.tif 000005
【図３】
2005189405.tif 000006
【図４】
2005189405.tif 000007
【図５】
2005189405.tif 000008