JP2005091412A - 現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端部シール部材とのシール性を維持しつつ、現像剤担持体と端部シール部材との間で生じるトルクの上昇を低減し、トナー漏れが生じることなく、また、現像剤担持体の安定した駆動が可能な現像装置を提供する。
【解決手段】現像容器１０の開口部の端部に、前記開口部を覆うように現像剤担持体１１及び現像剤規制部材１４の背面側に配置され、現像剤担持体１１及び現像剤規制部材１４の背面に圧接され、現像容器１０と現像剤担持体１１及び現像剤規制部材１４との間に夫々生じる隙間からの現像剤の洩れを防止する端部シール部材２０を有する現像装置において、前記現像剤担持体１１は、前記端部シール２０と当接する部位１１ｂの表面が、十点平均粗さ（Ｒｚ）の値で０．７μｍ以上、且つ使用トナーの最小粒径以下になる凹凸が繰り返される形状である。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式、静電記録方式によって像担持体上に形成された静電潜像を現像して可視化する、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載される現像装置に関する。

画像形成装置には、一の像担持体に対し現像器を複数備え、適宜選択した一の現像器によって、対向する像担持体表面の静電潜像を現像する構成のものが知られている。この中でも、現像器両端に設けられた一対の駆動入力歯車の駆動接線力により、作像時には該現像器を像担持体側に移動せしめ、該現像器内に回動自在に設けられた現像剤担持体を前記像担持体に接触、もしくは非接触にて現像を行い、非作像持には、前記像担持体から離間する構成等が開示されている（特許文献１参照。）。

上記のような現像器としては、例えば、現像剤を担持して像担持体に現像を行う現像剤担持体としての現像ローラと、現像ローラに担持される現像剤層の厚みを規制する現像剤規制部材としての現像ブレードと、現像ローラに現像剤を供給するための供給ローラとを含み、これらを支持する現像フレームとからなっている。また、現像フレームの開口部の端部には、現像フレームと現像ブレード及び現像ローラとの間に夫々生じる隙間からトナーが漏れ出すのを防止するために、発泡弾性体やフェルト、パイルあるいはベルベット等で構成される端部シール部材が配置されている。この端部シール部材は、現像フレーム開口部を覆うように現像ブレード及び現像ローラの背面側に配置され、現像ローラ及び現像ブレードの背面に圧接される。
このような現像容器において、現像ローラの表面粗さが全域で一様であると、非画像領域に相当し、トナーを担持する必要のない端部においても、トナーが担持されやすく、端部シール部材にトナーが侵入しやすくなるのを防ぐために、現像ローラ両端の端部シール部材と摺擦する領域の表面を画像領域より平滑にし、端部シール部材へのトナーの侵入を防止する現像装置が開示されている（特許文献２参照。）。

ところで、昨今では高画質化の要求から使用トナーの小粒径化が進み、数μｍ〜十数μｍ程度の粒径トナーが使用されている。また、コピー、或いはプリント速度の向上要求から、現像ローラの回転数が増加する傾向にある。
このような中、上記特許文献２には、現像ローラの端部シール部材にテフロン系のパイルシートやフェルト等の比較的摺動性の良い（摩擦係数の低い）材料が使用されているが、小粒径トナーに対するシール性向上のため、端部シール部材と当接する部位の現像ローラ表面の滑性を上げたり、更に端部シール部材の当接圧を上げたりすると、やはり端部シール部材と現像ローラ間での摺動抵抗が増加し、現像容器のトルクが上昇することになり、例えば駆動ギヤの強度や、駆動モータのトルクアップの必要性から装置の大型化、コストアップの要因となっている。

また、現像ローラの回転数が高くなると、端部シール部材と現像ローラ間の摺動による発熱により、現像ローラ、現像容器及び画像形成装置全体の温度上昇が起こる。シール部での温度が上昇すると、例えば省電力化のための低融点トナー（低温定着可能トナー）等では４０℃以上でトナーの溶融が始まり、シール部へのトナー固着による更なるトルク上昇や、シール性の悪化、溶融トナーの再固化に依る次駆動時の現像ローラと端部シール部材との結着に起因するシール破損等が発生することがあった。また、現像ローラ表面への溶融トナーの固着が発生して異常画像が発生するという問題があった。
このような現像容器や画像形成装置の温度上昇を抑えるため、冷却ファン等の設置も考えられるが、更なる装置の大型化、コストアップの要因となり、問題があった。

特開２００１−８３８０１号公報 特開２００３−４３８１２号公報

上記問題点に鑑み、本発明は、現像剤担持体の表面形状に着目し、端部シール部材とのシール性を維持しつつ、現像剤担持体と端部シール部材との間で生じるトルクの上昇を低減し、トナー漏れが生じることなく、また、現像剤担持体の安定した駆動が可能な現像装置を提供することを課題とする。更には、この現像装置を備えたプロセスカートリッジ、画像形成装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、以下のことを特徴とする。
１．本発明は、像担持体に対向して開口部を有し現像剤を収納する現像容器と、前記現像容器の開口部で回転自在に支持され、前記像担持体上の静電潜像を現像するための現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の周面に当接し、前記現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材と、前記現像容器の開口部の端部に、前記開口部を覆うように前記現像剤担持体及び前記現像剤規制部材の背面側に配置され、前記現像剤担持体及び前記現像剤規制部材の背面に圧接され、前記現像容器と前記現像剤担持体及び前記現像剤規制部材との間に夫々生じる隙間からの現像剤の洩れを防止する端部シール部材と、を有する現像装置において、前記現像剤担持体の、前記端部シールと当接する部位の表面が、十点平均粗さ（Ｒｚ）の値で０．７μｍ以上、且つ使用トナーの最小粒径以下になる凹凸が繰り返される形状である現像装置である。ここで、十点平均粗さ（Ｒｚ）は、JIS B O601の規定による表面粗さである。

２．前記現像剤担持体は、前記端部シールと当接する部位の表面形状が、前記現像剤担持体長手方向に対し、１ｍｍ当たり２０〜２００個（５μｍ〜５０μｍ間隔）の凹凸の繰り返し形状であることを特徴とする。
３．前記現像剤担持体は、前記端部シールと当接する部位の表面形状が、前記現像剤担持体円周方向に対し連なる凹凸形状からなることを特徴とする。

４．前記現像剤担持体は、前記端部シールとの当接部に潤滑剤または密着補助剤が塗布されていることを特徴とする。

５．また、本発明は、像担持体と、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たプロセスカートリッジであって、前記現像手段が、前記いずれかにの現像装置であるプロセスカートリッジである。
６．さらに、本発明は、像担持体と、像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、像担持体上に形成された静電潜像にトナーを供給して可視像化する現像手段とを含む画像形成装置であって、前記現像手段が、前記いずれかの現像装置である画像形成装置である。

本発明によれば、現像剤担持体の表面形状を規定することで、端部シール部材とのシール性を維持しつつ、現像剤担持体と端部シール部材との間で生じるトルクの上昇を低減し、トナー漏れが生じることなく、また、現像剤担持体の安定した駆動が可能な現像装置とすることができる。また、トナー漏れを生じず、現像装置の駆動が安定した画像形成装置、並びにプロセスカートリッジを提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るプリンタの概略構成を示す正面図である。このプリンタは、複数の支持ローラに掛け回された潜像担持体としての感光体ベルト１を備えている。感光体ベルト１は図中の矢印Ａで示した時計方向に回転駆動され、その周りには、帯電器３、光書き込みユニット４、４組の現像装置５Ｂｋ，５Ｃ，５Ｍ，５Ｙ、中間転写体としての中間転写ベルト６、感光体クリーニング装置７などが配置されている。感光体ベルト１の表面には有機感光層が形成されている。

本プリンタで画像形成動作（プリント動作）を実行するときは、帯電器３に高電圧が印加されることにより、感光体ベルト１が一様に帯電される。そして、図示しない画像信号処理部では、カラー画像情報たとえば外部のコンピュータから送られてきたカラー画像信号が光書き込み信号に変換されて光書き込みユニット４に送られる。光書き込みユニット４では、上記光書き込み信号に基づいて図示しない光源としてのレーザが制御され、ポリンゴンミラー、ｆ／θレンズ及び反射ミラーを介して、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の画像信号に対応した光書き込みが行われ、感光体ベルト１上に静電潜像が形成される。

上記感光体ベルト１上の静電潜像は、該潜像とは電位差をもつように帯電された現像剤としての各色トナーをそれぞれ有する各現像装置５Ｂｋ、５Ｃ、５Ｍ、５Ｙによって各色ごとに現像される。これにより、感光体ベルト１上には、各色ごとにトナー像が形成される。

感光体ベルト１と中間転写ベルト６との接触部においては、中間転写ベルト６にトナーと逆極性の電荷を印加することにより、感光体ベルト１上のトナー像が中間転写ベルト６上に転写される。このトナー像の形成及び転写動作を４回くり返すことにより、中間転写ベルト６上に４色重ねのカラートナー像が形成される。この中間転写ベルト６上のカラートナー像は、給紙カセット４０又は手差しトレイ４１から搬送ローラ対４２によって送られてきた記録材としての転写紙に、二次転写部材としての紙転写ローラ４３によって転写される。カラートナー像が転写された転写紙は、定着ベルトと加圧ローラからなる定着部４４に搬送され、該トナー像が溶融定着される。

次に、本実施形態に係る現像装置について図２を用いて説明する。本実施形態に係る現像装置は、非磁性一成分トナー（以下、単に「トナー」という。）を用いた一成分現像方式の現像装置である。各現像装置５は、それぞれ感光体ベルト１に向けた開口を有する現像容器１０、現像剤担持体としての現像ローラ１１、該現像ローラ１１上にトナーの供給を行うトナー供給ローラ１２、現像容器１０内のトナー収容部１８ａ、１８ｂ、１８ｃに収容されているトナーを供給ローラ１２側へ送り出す搬送パドル１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、そして、現像ローラ１１上に当接して現像ローラに担持されたトナーの層厚を規制し所定の層厚のトナー層を形成するための現像剤層規制ローラとしての規制ローラ１４などを有している。尚、トナーとしては、平均粒径が約７．５μｍ、最小粒径で約５μｍのものが用いられている。

上記現像ローラ１１は、現像容器１０の開口から一部が露出して現像時には所定の線速で矢印反時計方向に回転可能に設置されており、トナーをローラ面に担持して感光体ベルト１との当接部である現像位置に搬送し、感光体ベルト１上に形成された潜像を現像する。上記トナー供給ローラ１２は、現像ローラ１１に所定の圧力で当接されており、その表面部は、発泡ポリウレタンで構成されている。また、トナー供給ローラ１２には、トナー規制ブレード１３が当接され、現像ローラ１１に供給するトナーの量が規制されるようになっている。各搬送パドル１７は、矢印反時計方向に回転可能に設置されており、この回転によりトナーを供給ローラ１２側へ送り出す。各搬送パドルの材質としては、例えばポリプロピレン等の柔らかく弾性を有するものを用いることができ、その弾性を利用して現像容器１０の内壁と密着させた状態で回転し、確実にトナーを搬送する。

そして、上記規制ローラ１４は、現像ローラ１１上のトナーを所定の層厚に規制するともに、トナーに対して摺接することによりトナーを摩擦帯電する。現像ローラ１１上で帯電されたトナーは、感光体ベルト１上の静電潜像を現像する。本実施形態においては、規制ローラ１４の表面部の材質として、樹脂コーティングを施したウレタンゴムを用いている。また、規制ローラ１４には規制ローラクリーニングブレード１６が当接されており、現像ローラ１１との当接部を通過した規制ローラ１４の表面がクリーニングされるようになっている。

また、本実施形態においては、湿度等の環境変動による上記現像ローラ１１及び上記規制ローラ１４の外径の変化を吸収するために、規制ローラ１４の付勢手段としてスプリング１９を設け、規制ローラ１４を現像ローラ１１に対して加圧している。

更に、本実施形態においては、現像ローラ１１と現像容器１０との隙間からトナーが漏れ出すのを防止するために、現像容器内面には現像ローラ１１表面に先端が当接するよう延在した入り口シール部材としての入り口シール１５が設けられている。

図３、図４は、現像ローラ周りの構成を示す図で、図３は正面から見た図であり、図４は側面から見た図である。
図３において、現像ローラ１１を画像形成が行われる画像領域１１ａと非画像領域である現像ローラ端部１１ｂとに分けて示している。本実施形態では、現像ローラ１１には、例えばアルミ等の管状ローラが用いられており、画像領域１１ａは、トナーを正規極性に且つ高帯電を可能とする樹脂層の皮膜（コーティング）が施されている。
現像ローラ端部１１ｂには上記樹脂層の皮膜成型は行われていない。そして、図４に示すように、現像ローラ端部１１ｂを取り巻くように、表面をテフロンパイルで形成した端部シール２０が現像ローラ１１と所定圧の元で密着配設される。

上記のような構成により、現像ローラ端部１１ｂと端部シール２０が密着すると、端部シール２０が上記に示すテフロン系シール等の一般的に摩擦係数の低いものであっても、摺動トルクは大きく現れる。本発明者らの検討の結果、端部シール２０と当接する現像ローラ端部１１ｂ表面の形状が、シール性、及び現像ローラ端部１１ｂと端部シール２０との間で生じるトルクに大きく影響することが分かった。
本発明の現像装置においては、現像ローラ端部１１ｂの表面を、所定の粗さの凹凸が繰り返される形状とする。これにより、シール性を維持しつつ現像ローラ端部１１ｂと端部シール２０との間で生じるトルクの上昇を低減するものである。

以下、現像ローラ端部１１ｂの表面形状について詳細に説明する。
現像ローラ端部１１ｂは、例えば旋盤による切削加工により、表面に凹凸形状をなすように形成される。このようにして形成された、ローラ端部の表面形状が異なる現像ローラを用い、現像装置の駆動トルクとの関係を調べた。図５は、各現像ローラの表面粗さを示す図である。比較のために、現像ローラ１１の画像領域１１ａの表面粗さも示しており、画像領域１１ａの表面形状はローラＡ〜Ｇ全て同様である。また、図６、図５に示すローラＡ〜Ｇを用いたときの現像装置の駆動トルクを示した図、図７は表面粗さと現像装置の駆動トルクとの関係を示す図である。

ローラＡ〜Ｆについてみてみると、図５に示すように、現像ローラ端部１１ｂの表面粗さは、十点平均粗さ（Ｒｚ）の値で、ローラＡが約０．２５μｍ、ローラＢが約０．５５μｍ、ローラＣ、Ｄが共に約１．０μｍ、ローラＥが約１．８５μｍ、ローラＦが約３．２μｍである。
図６、図７を参照して分かるとおり、現像ローラ端部１１ｂ表面の十点平均粗さが増加する程現像装置の駆動トルクは低下する。しかし、図６において、ローラＡとローラＢとの表面粗さ差；０．３μｍでのトルク低下率に対し、ローラＢとローラＣ、Ｄとの表面粗さ差；０．４５μｍでのトルク低下率、更にローラＣ、ＤとローラＥとの表面粗さ差；０．８５μｍでのトルク低下率、ローラＥとローラＦとの表面粗さ差；１．３５μｍでのトルク低下率を見ると、表面粗さ差に対するトルク低下率が下がっていることが分かる。
これは、現像ローラ端部１１ｂと端部シール２０の密着性がある粗さまでは大きく、それ以上の粗さになると端部シール２０と現像ローラ端部１１ｂとの間に空気流入が起こり、現像ローラ１１回転時の摺動トルクへの影響が少なくなっているものと考えられる。

図７から、表面粗さが０．７μｍ以上になると、トルクの変化量が少なくなっており、十分なトルクの低減効果と安定性が得られる。従って、現像ローラ端部１１ｂの表面は、十点平均粗さ（Ｒｚ）の値で０．７μｍ以上であることが好ましい。
一方、現像ローラ端部１１ｂの表面粗さが使用トナーの最小粒径以上になると、端部シール２０と現像ローラ当接部１１ｂとの間にトナーが侵入し、シール性の維持が不可能となる。従って、現像ローラ端部１１ｂの表面粗さは使用トナーの最小粒径以上であるようにする。
本実施形態においては、現像ローラ端部１１ｂの表面は、好ましくは十点平均粗さ（Ｒｚ）の値で約１〜４μｍの凹凸形状をなすように形成される。

また、例えば図５に示す現像ローラＣと現像ローラＤの様に、数値的には同等の表面粗さを持つものでも、その凹凸の繰り返しの間隔が所定の範囲内で規則的に形成されるものの方が摺動トルクは小さくなる。このことは、現像ローラＧを参照しても分かる。現像ローラＧのように、十点平均粗さの値が０．７μｍ以上であっても、凹凸の繰り返しの間隔が広すぎるような場合は、摺動トルクの低減効果が十分に得られない。すなわち、この凹凸の繰り返しの間隔は、現像ローラ長手方向に対し、１ｍｍ当たり２０〜２００個（５μｍ〜５０μｍ間隔）であることが望ましい。１ｍｍあたりの凹凸が２０個未満では、凹凸が少なく、現像ローラＧをみて分かるとおり、摺動トルク低減効果が十分に得られない。また、２００個を超えると、現像ローラＣのごとく凹凸が小刻みになり、現像ローラ端部１１ｂと端部シール２０との密着性がある程度維持されて、摺動トルク低減効果が十分得られない。

現像ローラ端部１１ｂの表面粗さを設定する方法としては、旋盤等による切削加工や、テープ研磨、サンドブラスト処理等が上げられるが、現像ローラ１１長手方向（断面形状）で同等の粗さを示すものでも、旋盤による切削加工等による円周方向に対し連なる凹凸形状から成る形状の方が、サンドブラスト等による即ち鮫肌状の加工よりもシール性に優れ、且つ粗さを必要以上に大きくせずに、効率的に現像ローラ端部１１ｂと端部シール２０との間で生じるトルクの上昇を抑えることができる。

また、シール性向上のために端部シール２０と現像ローラ端部１１ｂとの間にフッ素系グリス等の潤滑剤または密着補助剤を塗布する現像装置が実用化されているが、これらの潤滑剤または密着補助剤が塗布された装置に対しては、上記密着による摺動トルクは更に大きくなる。一方、本発明の現像装置によれば、現像ローラ端部１１ｂの表面粗さを大きくすることに依る摺動トルク低減効果が大きいことから、このような潤滑剤または密着補助剤を用いることで、シール性を向上させると共に、現像装置の駆動トルク上昇を抑えることができる。

本実施形態の画像形成装置では、図１に示すように複数備えられた現像装置５のうち所望の一の現像装置５が感光体ベルト１上の静電潜像を現像する際、図示しないが、現像ローラ１１の両端にギヤが設けられており、現像ローラ１１回転時のトルクにより感光体ベルト１側に引き込み、感光体ベルト１と現像ローラ１１の接触による現像を行う構成としている。このような画像形成装置においては、特に、現像装置５Ｂｋ、５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ毎のトルク差が少ない方が安定した現像動作のために好ましく、本発明の現像装置によるトルク低減効果が大きく得られるものである。

また、図８は、本発明に係るプロセスカートリッジの概略構成図である。像担持体としての感光体１０１と、現像手段１０３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たプロセスカートリッジである。図８に示すように、プロセスカートリッジ１００は、この他に帯電手段１０２、感光体クリーニング手段１０４を含んで構成してもよい。現像手段１０３は、上記の現像装置５の主要部を含んで構成されており、現像ローラ端部と端部シールとの良好なシール性と共に、両者の当接部における摺動トルクを低減して、安定した現像動作を行うことができる。

本実施形態に係るプリンタの概略構成を示す正面図である。 本実施形態に係る現像装置の概略構成図である。 現像ローラ周りの構成を示す正面図である。 現像ローラ周りの構成を示す側面図である。 現像ローラの表面粗さを示す図である。 図５に示すローラＡ〜Ｆを用いたときの現像装置の駆動トルクを示した図である。 図５に示すローラＡ〜Ｆを用いたときの現像装置の駆動トルクを示した図である。 本発明に係るプロセスカートリッジの概略構成図である。

符号の説明

１ 感光体ベルト（像担持体）
３ 帯電器
４ 光書き込みユニット
５ 現像装置
１０ 現像容器
１１ 現像ローラ（現像剤担持体）
１１ａ 画像領域
１１ｂ 現像ローラ端部
１４ 規制ローラ（現像剤規制部材）
２０ 端部シール
１００ プロセスカートリッジ
１０１ 感光体
１０３ 現像手段

Claims (6)

1. 像担持体に対向して開口部を有し現像剤を収納する現像容器と、前記現像容器の開口部で回転自在に支持され、前記像担持体上の静電潜像を現像するための現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の周面に当接し、前記現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材と、前記現像容器の開口部の端部に、前記開口部を覆うように前記現像剤担持体及び前記現像剤規制部材の背面側に配置され、前記現像剤担持体及び前記現像剤規制部材の背面に圧接され、前記現像容器と前記現像剤担持体及び前記現像剤規制部材との間に夫々生じる隙間からの現像剤の洩れを防止する端部シール部材と、を有する現像装置において、
   前記現像剤担持体は、前記端部シールと当接する部位の表面が、十点平均粗さ（Ｒｚ）の値で０．７μｍ以上、且つ使用トナーの最小粒径以下になる凹凸が繰り返される形状であることを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤担持体は、前記端部シールと当接する部位の表面形状が、前記現像剤担持体長手方向に対し、１ｍｍ当たり２０〜２００個（５μｍ〜５０μｍ間隔）の凹凸の繰り返し形状であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記現像剤担持体は、前記端部シールと当接する部位の表面形状が、前記現像剤担持体円周方向に対し連なる凹凸形状からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記現像剤担持体は、前記端部シールとの当接部に潤滑剤または密着補助剤が塗布されてい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現像装置。
5. 像担持体と、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たプロセスカートリッジであって、前記現像手段が、請求項１ないし４のいずれかに記載の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。
6. 像担持体と、像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、像担持体上に形成された静電潜像にトナーを供給して可視像化する現像手段とを含む画像形成装置であって、前記現像手段が、請求項１ないし４のいずれかに記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。

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