JP2008009016A - Developer carrier, and developing unit and image forming device incorporating it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、現像剤を担持する現像剤担持体及びこれを備えた現像装置、画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a developer carrying member that carries a developer, a developing device including the developer carrying member, and an image forming apparatus.
従来、電子写真方式を用いた画像形成装置(例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等)の現像装置においては、感光ドラム表面の静電潜像に対してトナーを供給するために、ロール状のマグネットと、その周りを回転するスリーブで構成された現像剤担持体を用いる。現像剤担持体は、外表面を粗面化してその摩擦による搬送力にて均一で薄い現像剤層を形成するために、現像剤担持体の外表面には、無数の凸凹形状が形成されている。この凸凹形状の形成手段としては、サンドブラスト処理やエッチング処理が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a developing device of an image forming apparatus using an electrophotographic method (for example, a copying machine, a printer, a facsimile machine, or a complex machine thereof), toner is supplied to an electrostatic latent image on the surface of a photosensitive drum. A developer carrying member composed of a roll-shaped magnet and a sleeve rotating around the magnet is used. In order to form a uniform and thin developer layer on the outer surface of the developer carrying member by roughening the outer surface and carrying the frictional force, an infinite number of uneven shapes are formed on the outer surface of the developer carrying member. Yes. Sand blasting and etching are known as means for forming the irregularities.
特に、サンドブラスト処理では、その射出圧力によって現像剤担持体に生じる湾曲が画質欠陥を生じさせることから、湾曲の影響を避けるため、化学的反応を利用したエッチング処理が有効とされ、多角形や線形、非線形の形状が溝によって形成された凸凹形状を有する現像剤担持体が用いられている(例えば、特許文献1、2参照)。
しかしながら、上記従来は、図8(a)、(b)に現像剤担持体の表面の凸凹形状パターンとそのA−A断面を示すごとく、現像剤担持体上の凸凹形状が形成されていた。すなわち、従来の現像剤担持体の表面の凸凹形状パターンは、図8(a)に示すように、表面の凸凹形状パターンはメッシュ状の菱形であり、図8(b)に示すように、その断面は幅の広い凸部81(メッシュの穴部分)と幅の狭い凹部82(メッシュの線部分)から構成されていた。 However, in the prior art, as shown in FIGS. 8A and 8B, the uneven pattern on the surface of the developer carrying member and the AA cross section thereof, the uneven shape on the developer carrying member has been formed. That is, the uneven pattern on the surface of the conventional developer carrier is a mesh-shaped rhombus as shown in FIG. 8 (a), and as shown in FIG. The cross section was composed of wide convex portions 81 (mesh hole portions) and narrow concave portions 82 (mesh line portions).
したがって、従来の現像剤担持体の表面の凸凹形状パターンにおいては、凸部81と凹部82の比率が等しくなく、凸部81と凹部82の表面上での現像剤密度が異なるため、凸部81と凹部82の表面それぞれが現像剤に接触し磨耗される条件が異なり、凸部81と凹部82の磨耗量が等しくならない。
Therefore, in the uneven pattern on the surface of the conventional developer carrier, the ratio of the
また、現像剤のキャリアの粒径および凹部82の幅にもよるが、例えば、凹部82の面積が凸部81の面積に比して凹部82に現像剤が詰ったり滞留が生じる程に小さい場合、現像剤に接触して磨耗される条件がさらに異なり凸部81と凹部82の磨耗量がさらに等しくならない。
Also, depending on the particle size of the carrier of the developer and the width of the
したがって、図8(a)、(b)において、凹部82は凸部81と比較して現像剤から受ける圧力が小さいため初期の凸凹高低差をG、経時における凸凹高低差をG’とした場合、G>G’となり、G≠G’となる。
Accordingly, in FIGS. 8A and 8B, the
現像剤担持体がもつ現像剤搬送量は上記凸凹形状の高低差で確保されているものの、従来の現像剤担持体では、多角形や線形、非線形の凸凹形状の構成により回転時における現像剤からの圧力が凸部81と凹部82に不均一に生じ、それによって凸部81と凹部82に圧力差が発生し、経時における凸凹の高低差が変化し易いといった技術的課題を引き起こす可能性があった。すなわち、従来の構成では経時変化による凸凹形状高低差を確保できないため、安定した現像剤搬送量および安定した画像濃度を維持することができないという課題を有していた。
Although the developer carrying amount of the developer carrier is ensured by the height difference of the above-mentioned uneven shape, the conventional developer carrier has a polygonal, linear, or non-linear uneven shape configuration, so that the developer is not rotated. Pressure is generated unevenly in the
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、経時に伴う現像剤担持体上の現像剤搬送量を常時安定化させ、安定した画像濃度を維持することのできる現像剤担持体及びこれを備えた現像装置、画像形成装置を提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above-described conventional problems, and a developer carrying body capable of constantly stabilizing the developer transport amount on the developer carrying body over time and maintaining a stable image density, and the same. An object of the present invention is to provide a developing device and an image forming apparatus.
本発明の現像剤担持体は、表面に凸部と凹部とによるパターンが形成され、回転により一定方向に現像剤を搬送する現像剤担持体であって、凸部と凹部の高低差を略等しくし、さらに凸部と凹部の表面積を略等しくした構成を有している。 The developer carrier of the present invention is a developer carrier that has a pattern of convex portions and concave portions formed on the surface thereof and conveys the developer in a fixed direction by rotation, and the height difference between the convex portions and the concave portions is substantially equal. In addition, the surface area of the convex portion and the concave portion is substantially equal.
この構成により、後に実験結果を示すように、回転して現像剤を担持搬送する際における現像剤からの圧力差を凸部と凹部において均一にすることができ、これによって凸部と凹部が概同等に磨耗し、経時における凸凹形状による現像剤搬送量の変化を少なく抑えることができる。 With this configuration, as will be shown later in the experimental results, the pressure difference from the developer when rotating and carrying and transporting the developer can be made uniform between the convex portion and the concave portion. It is equally worn, and the change in the developer conveyance amount due to the uneven shape over time can be suppressed to a small extent.
また、本発明の現像剤担持体は、凸部と凹部とによるパターンは、凸部と凹部とが同一形状でかつ同一個数が交互に繰り返すパターンである構成を有している。 Further, the developer carrying member of the present invention has a configuration in which the pattern of the convex portions and the concave portions is a pattern in which the convex portions and the concave portions have the same shape and the same number is repeated alternately.
この構成により、現像剤担持体表面の各部分において、必ず凸部と凹部との表面積が等しくなるので、現像剤からの圧力差を凸部と凹部において均一にすることができる。 With this configuration, since the surface area of the convex portion and the concave portion is always equal in each part of the surface of the developer carrying member, the pressure difference from the developer can be made uniform between the convex portion and the concave portion.
また、本発明の現像装置は、上記したいずれかの現像剤担持体を備えた構成を有している。 In addition, the developing device of the present invention has a configuration including any one of the developer carriers described above.
この構成により、経時に伴う現像剤担持体上の現像剤搬送量を常時安定化させると共に、安定した画像濃度を維持することができる。 With this configuration, it is possible to always stabilize the developer conveyance amount on the developer carrying member over time and maintain a stable image density.
また、本発明の画像形成装置は、上記した現像装置を備えた構成を有している。 Further, the image forming apparatus of the present invention has a configuration including the above-described developing device.
この構成により、経時に伴う現像剤担持体上の現像剤搬送量を常時安定化させると共に、高品質な画像が維持できる。 With this configuration, the developer transport amount on the developer carrying member with time can be constantly stabilized and a high-quality image can be maintained.
本発明の現像剤担持体は、表面に形成されたパターンの凸部と凹部の高低差を略等しくし、さらに凸部と凹部の表面積を略等しくした構成を有すことにより、回転して現像剤を担持搬送する際における現像剤からの圧力差を凸部と凹部において均一にすることができ、これによって凸部と凹部が概同等に磨耗し、経時における凸凹形状による現像剤搬送量の変化を少なく抑えることができる。 The developer carrying member of the present invention has a structure in which the height difference between the convex part and the concave part of the pattern formed on the surface is substantially equal, and the surface area of the convex part and the concave part is substantially equal, thereby rotating and developing. The pressure difference from the developer when carrying and transporting the developer can be made uniform between the convex part and the concave part, so that the convex part and the concave part are almost equally worn, and the change in developer transport amount due to the convex and concave shape over time Can be reduced.
したがって、経時に伴う現像剤担持体上の現像剤搬送量を常時安定化させると共に、安定した画像濃度を維持することができ、したがって、高品質な画像が得られる。 Accordingly, it is possible to always stabilize the developer conveyance amount on the developer carrying member over time and maintain a stable image density, and thus a high quality image can be obtained.
以下、本発明の実施の形態の現像剤担持体を備えた画像形成装置について、図面を参照して説明する。
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態に係る現像剤担持体を備えた画像形成装置を示す概略構成図である。
Hereinafter, an image forming apparatus provided with a developer carrier according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an image forming apparatus including a developer carrier according to an embodiment of the present invention.
図1において、本実施の形態であるカラー画像形成装置は、帯電、露光、現像、転写及び定着の各プロセスを経て記録紙に画像を形成する画像形成部101を備え、この画像形成部101には、給紙部102の給紙カセットに収容された記録シート103が、給紙部102から画像形成部101に向かう給紙経路Aを経て逐次送り込まれる。画像形成部101にて所要の画像が形成された記録シート103は、画像形成部101から装置外へと向かう排紙経路Bを経て排紙部104に排出される。
In FIG. 1, a color image forming apparatus according to the present embodiment includes an
画像形成部101は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)の各色成分ごとのトナー像を形成する複数のプロセスユニット111〜114と、この各プロセスユニット111〜114内の各感光体ドラム111a〜114aの作像面に対して露光用の光束を走査するレーザ・スキャニング・ユニット(以下、LSUという)116と、各プロセスユニット111〜114内の各感光体ドラム111a〜114a上に作像された各色ごとのトナー像が順次転写されて合成される画像保持手段としての中間転写ベルト(中間転写体)117とを有し、各色ごとの感光体ドラム111a〜114aが中間転写ベルト117に沿って並んで配置されたタンデム型の構造となっている。
The
各プロセスユニット111〜114内では、各帯電器111b〜114bにより均一に帯電された各感光体ドラム111a〜114aの作像面に対して、LSU116から露光用の光束が走査されることで静電潜像が形成される。この各感光体ドラム111a〜114aの静電潜像が、各現像装置111c〜114cから供給される各色のトナーで現像されて色成分ごとの単色トナー像として各感光体ドラム111a〜114aの作像面に形成される。
In each of the
中間転写ベルト117は、駆動ローラ121、従動ローラ122に巻き掛けられて支持され、この中間転写ベルト117の内側には、中間転写ベルト117を押圧して各感光体ドラム111a〜114a上のトナー像を中間転写ベルト117に転写する各色ごとの1次転写ローラ124〜127が設けられている。また中間転写ベルト117の端部側方には、中間転写ベルト117上のトナー像を記録シート103に転写する2次転写ローラ128が配設されている。
The
この2次転写ローラ128によりトナー像が転写された記録シート103は、定着器119に搬送されて熱及び圧力によりトナー像を記録シート103に定着させる処理が行われる。その後、記録シート103は排紙経路Bを経て排紙ローラ120により排紙部104上に排出される。
The
図2は、本発明の実施の形態に係る現像剤担持体を備える現像装置を示す概略構成図である。図2では、シアン(C)色の現像装置111cについて説明するが、他の色の現像装置112c、113c、114cも同じ構成を有する。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a developing device including the developer carrier according to the embodiment of the present invention. Although the cyan (C)
図2において、本実施の形態の現像装置111cは、図中矢印A方向に回転可能な感光体ドラム111aに対向して開口するユニットケース201を有し、内部に現像剤を収容する。このユニットケース201の開口に面した箇所には、現像ロール202が配設されるとともに、ユニットケース201内には現像剤攪拌搬送のための搬送スクリュー203、204が配設され、さらには必要に応じて搬送スクリュー203、204と現像ロール202との間には、搬送パドル205が配設されている。また、現像ロール202に対向して現像ロール202表面上の現像剤の量を規制するための層規制部材206が配設されている。
In FIG. 2, the developing
ここで、現像ロール202は、本実施の形態では、直径18mmの円柱状磁石(マグネットロール)207を固定して内包しており、その周囲には図中矢印B方向に回転可能にステンレス或いはアルミニウムで構成される現像剤担持体208を備えている。そして、現像剤担持体208と感光体ドラム111aとの間隔は、0.30〜0.40mmに設定され、現像剤担持体208と層規制部材206との間隔は、0.20〜0.10mmに設定されている。
Here, in this embodiment, the developing
また、この現像装置111cは、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を使用する二成分現像装置であり、その現像ロール202の現像剤担持体208に所定の現像バイアス電圧を印加して、感光体ドラム111aとの間で、現像剤担持体上の現像剤が円柱状磁石207の現像極磁力によって穂立った磁気ブラシにより現像を行うようになっている。また、現像剤担持体208の表面には、粗面化させるために所定のパターンがエッチング処理により形成されている。
The developing
図3は、本発明の実施の形態に係る現像剤担持体208を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view
図3において、本実施の形態の現像剤担持体208は、表面にフォトレジスト方式のエッチングにより凸凹の表面パターンを形成している。凸凹の表面パターンの形成は、フォトレジスト方式のエッチングにより行った。すなわち、まず平面状ステンレス鋼板またはアルミニウム鋼板上にフォトレジストとして液体又はシート状の光硬化型のレジスト層を設け、そのレジスト層上に所定形状の遮光マスクを施す。そして、遮光マスクが施されたレジスト層に対して露光し、硬化していない部分のレジスト層を除去する。その後、塩酸などの酸により基材である鋼板を一定量侵食する。この際、露光により硬化していたレジスト層部分の基材は侵食を免れるため、凸凹形状が形成される。その後、凸凹が形成された基材である鋼板を円筒形に成型し、図3に示す形状の現像剤担持体を得る。
In FIG. 3, the
なお、本現像剤担持体208は長手方向(図中の矢印X方向)に対し現像領域Dの範囲において凸凹パターンを形成する。また、上記のようにして形成された凸凹パターンの凸凹高低差は、0.05〜0.10mmとすることができたが、特に0.05〜0.07mmとすることが好ましい。さらに、上記のようにして形成された交互の凸凹パターンの繰り返しは同一多角形状であり、現像剤担持体208表面における凸凹の繰り返し個数を概略同等にした。この構成により、現像剤担持体208表面の各部分において、必ず凸部と凹部との表面積が等しくなるので、現像剤からの圧力差を凸部と凹部において均一にすることができる。現像剤担持体208表面の凸凹パターンの形状はそれぞれ同一形状で、表面における凸凹の個数を概略同等とする形状であれば任意であるが、特に仰角60度と120度からなる菱形、もしくはこの菱形に対して長手方向(図中の矢印X方向)に横断する境界を設けた二等辺三角形が好ましい。この時凸凹の個数の比率は、いずれか一方の個数を1とした場合、1:1が理想であるが、1:0.8〜1.2の比率であれば概ね良好な結果を得ることができる。
The
図4(a)、(b)は、本発明の一実施の形態に係る現像剤担持体208の表面凸凹パターンを示す平面図と断面図であって、図4(b)は図4(a)のA−A断面を示している。図4(a)、(b)においては、交互に繰り返す凸凹形状パターンを菱形で構成し、その個数を同等にしている。さらに凸凹高低差を略同一にしている。このように形成することによって、図4(a)、(b)においては、凸凹の比率が概等しい形状であるため凸部41と凹部42の表面それぞれが現像剤に接触し磨耗される条件が等しくなり、したがって凸部41と凹部42の磨耗量も概等しくなる。凹部42は凸部41と比較して現像剤から受ける圧力が等しいため、初期の凸凹高低差をH、経時における凸凹高低差をH’とした場合、概ねH=H’となる。
FIGS. 4A and 4B are a plan view and a cross-sectional view showing a surface uneven pattern of the
なお、凸凹形状パターンの形状はこれに限らず、図5(a)、(b)に示すように菱形に対して長手方向に横断する境界を設けた二等辺三角形の形状のもの、或いは、図6(a)、(b)に示すような曲線的なものでもよい。 Note that the shape of the uneven pattern is not limited to this, and is an isosceles triangle shape having a boundary transverse to the rhombus in the longitudinal direction as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), or FIG. 6 (a) and (b) may be curved.
すなわち、表面の凸凹形状パターンは、凸部41と凹部42の表面積が略等しくなるような、例えば同一形状であればよく、さらに凸部41と凹部42の高低差が略等しければよい。
That is, the uneven pattern on the surface may be, for example, the same shape such that the surface areas of the
図7は、本発明の一実施の形態に係る現像剤担持体208を備える現像装置による現像剤搬送量の記録枚数による推移を測定した結果を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the results of measuring the change in the developer transport amount according to the number of recorded sheets by the developing device including the
現像剤搬送量の推移を測定するのに際して、まず、4種類の現像剤担持体X1、X2、Y1、Y2を用意した。現像剤担持体X1とX2は、いずれも本発明に係る現像剤担持体である。ただし、現像剤担持体X1は、凸凹形状パターンが図4(a)に示す菱形であり、凸凹高低差が0.05mmのものである。現像剤担持体X2は、凸凹形状パターンが現像剤担持体X1と同じ菱形であり、凸凹高低差が0.10mmのものである。一方、現像剤担持体Y1は、凸凹パターン形状が図8に示す従来のものであり、凸凹高低差は現像剤担持体X1と同じく0.05mmである。また、現像剤担持体Y2は、本実施の形態とは異なり、従来のサンドブラストにより表面を粗面化したものであり、このときの初期表面粗さはRz=17で行った。 In measuring the transition of the developer transport amount, first, four types of developer carriers X1, X2, Y1, and Y2 were prepared. The developer carriers X1 and X2 are both developer carriers according to the present invention. However, the developer carrying member X1 has a rhombic shape with a concavo-convex pattern as shown in FIG. 4A, and a concavo-convex height difference of 0.05 mm. The developer carrying member X2 has a rhombic pattern with the same uneven shape as the developer carrying member X1, and has a concavo-convex height difference of 0.10 mm. On the other hand, the developer carrier Y1 has a conventional uneven pattern shape as shown in FIG. 8, and the uneven height difference is 0.05 mm as in the developer carrier X1. Further, unlike the present embodiment, the developer carrying member Y2 has a surface roughened by conventional sandblasting, and the initial surface roughness at this time was Rz = 17.
いずれの現像剤担持体X1、X2、Y1、Y2においても、現像剤担持体208の材質はステンレス(SUS316)で同一とし、また、計測に際しては、現像剤担持体208と層規制部材206との間隔を0.70mmの一定とした。
In any of the developer carriers X1, X2, Y1, and Y2, the material of the
図7に示すグラフでは、横軸は現像剤担持体208の回転距離をA4ヨコ通紙枚数に換算した枚数を、縦軸は各現像剤担持体208による現像剤搬送量をそれぞれ示している。
In the graph shown in FIG. 7, the horizontal axis indicates the number of rotations of the
そして、現像剤担持体X1を現像装置111c〜114cに適用した場合の現像剤搬送量を○印でプロットした線71で、現像剤担持体X2を現像装置111c〜114cに適用した場合の現像剤搬送量を△印でプロットした線72で、現像剤担持体Y1を現像装置111c〜114cに適用した場合の現像剤搬送量を●印でプロットした線73で、現像剤担持体Y2を現像装置111c〜114cに適用した場合の現像剤搬送量を▲印でプロットした線74で、それぞれ示している。
The developer when the developer carrying member X2 is applied to the developing
図7に示すグラフから明らかなように、線71及び線72で示す本発明を適用した現像剤担持体208の現像剤搬送量は、線73及び線74で示す従来の現像剤担持体208の現像剤搬送量よりも、初期と経時における現像剤搬送量の差がはるかに小さいことがわかる。
As apparent from the graph shown in FIG. 7, the developer carrying amount of the
すなわち、線74の従来の現像剤担持体208の場合は、記録枚数60万枚の時点で現像剤搬送量が60mg/cm2から約30mg/cm2まで減少(約50%低下)し、また線73の従来の現像剤担持体208の場合は、記録枚数60万枚の時点で現像剤搬送量が70mg/cm2から50mg/cm2まで減少(約30%低下)している。
That is, in the case of the
これに対し、線71に示す本実施の形態の場合は、記録枚数60万枚の時点で現像剤搬送量が78mg/cm2から約73mg/cm2だけ減少(約6%程度低下)し、また線72に示す本実施の形態の場合は、記録枚数60万枚の時点で現像剤搬送量が85mg/cm2から約80mg/cm2だけ減少(約6%程度低下)したにすぎず、従来と比較して大きな効果が得られている。
On the other hand, in the case of the present embodiment shown by the
これは、例えば、線71と線73を比較して分かるように、凸凹の高低差が同じ0.05mmでも凸凹表面形状パターンを本実施の形態のように同一形状でかつ同一個数の交互の繰り返しパターンにして、凸凹の表面積を略等しくすることにより、凸部と凹部の表面が現像剤に接触して磨耗される条件が等しくなり、現像剤搬送量の経時による低下を防止できたからである。そして、このことは、線72に示すように、凸凹の高低差を0.1mmに設定しても同様のことが言える。
For example, as can be seen by comparing the
以上のように、本発明の現像剤担持体及びこれを備えた現像装置、画像形成装置は、現像剤搬送量の経時による低下を抑えることができ、高品質が要求される複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置として有用である。 As described above, the developer carrying member of the present invention, the developing device and the image forming apparatus provided with the same, can suppress a decrease in developer transport amount over time, and are a copier, printer, It is useful as an image forming apparatus such as a facsimile machine or a multifunction machine of these.
101 画像形成部
102 給紙部
103 記録シート
104 排紙部
111〜114 プロセスユニット
111a〜114a 感光体ドラム
111b〜114b 帯電器
111c〜114c 現像装置
116 レーザ・スキャニング・ユニット(LSU)
117 中間転写ベルト
119 定着器
120 排紙ローラ
121 駆動ローラ
122 従動ローラ
124〜127 1次転写ローラ
128 2次転写ローラ
201 ユニットケース
202 現像ロール
205 搬送パドル
206 層規制部材
207 円柱状磁石(マグネットロール)
208 現像剤担持体
DESCRIPTION OF
117
208 Developer carrier
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