JP4816168B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は，電子写真方式の画像形成装置に利用される現像装置に関する。さらに詳細には，シール部材によって現像ローラの端部からのトナー漏れを抑制し，そのシール部材の品質を長期間にわたって維持する現像装置に関する。

従来から，電子写真方式の画像形成装置に利用される現像装置として，非磁性の１成分トナーを供給する現像方式が採用されている。一般的にこの方式の現像装置は，像担持体（例えば，感光体ドラム）と対向し，所定の現像バイアスが印加される現像ローラと，その現像ローラと圧接し，現像ローラに向けて現像容器内のトナーを供給するトナー供給ローラと，この現像ローラの表面に当接し，現像ローラ上のトナーの付着量を規制する規制ローラとを有している。

また，現像ローラの端部からのトナー漏れを防ぐため，現像ローラの端部にはシール部材が摺接するように配置されている。シール部材の材質としては，ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂材が一般的である。この種の現像装置としては，例えば特許文献１や特許文献２に開示されている現像装置がある。
特開２００３−２８０３７２号公報 特開２００４−３８０７６号公報

しかしながら，前記した従来の現像装置には，次のような問題があった。すなわち，現像ローラ上の一部のトナーは，規制ローラによって塞き止められ，軸方向の端部側へ広がる。さらに端部に移動したトナーの一部は，現像ローラとシール部材との間に潜入する。そして，現像ローラとシール部材との間に潜入したトナーによってシール部材が摩耗する。そのため，シール部材の品質を長期に維持できない。

本発明は，前記した従来の現像装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，シール部材によって現像ローラの端部からのトナー漏れを抑制するとともに，そのシール部材の品質を長期にわたって維持する現像装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた現像装置は，トナーを担持するとともにそのトナーを像担持体に向けて搬送する現像ローラと，その現像ローラに当接し，その現像ローラに対してカウンタ方向に回転し，その現像ローラ上のトナー層の厚さを規制する規制ローラと，現像ローラの端部領域に摺接するシール部材とを有する現像装置であって，規制ローラの長手方向の領域は，現像ローラの画像領域と接する第１領域と，長手方向の端部に位置するとともに第１領域に隣接し，現像ローラのシール部材との摺接領域と対向する部位を含む第２領域とからなり，第２領域の表面粗さＲａが第１領域の表面粗さＲａよりも大きいことを特徴としている。

本発明の現像装置は，現像ローラに圧接する規制ローラに特徴を有している。すなわち，本発明の現像装置の規制ローラは，長手方向の領域において，現像ローラとシール部材を挟んで対向する第２領域の表面粗さＲａが現像ローラの画像領域と接する第１領域の表面粗さＲａよりも大きい。第２領域の表面粗さＲａが大きいため，トナーは長手方向の中央部から端部への移動の際に規制ローラによって掻き取られる。そのため，長手方向の中央部から端部に移動するトナー，すなわち画像領域から非画像領域に向かうトナーが低減される。よって，現像ローラとシール部材との間に潜入するトナーが低減され，シール部材の摩耗が抑制される。

また，本発明の現像装置の規制ローラは，芯金部と，その芯金部を覆い，現像ローラと当接する弾性部とを有し，芯金の表面と弾性部の表面との間の電気抵抗が第１領域よりも第２領域のほうが大きいこととするとよりよい。通常，規制ローラには，トナーを現像ローラ側に押し付けるバイアスが印加される。そのため，電気抵抗が大きいほど現像ローラに押し付ける力が弱くなる。よって，現像ローラとシール部材との間に潜入するトナーが低減され，シール部材の摩耗が抑制される。

また，本発明の現像装置の規制ローラは，現像ローラに対してカウンタ方向に回転する。規制ローラをカウンタ回転させることで，トナーの剥離性が向上する。よって，トナーの現像ローラとシール部材との間への潜入が回避され，シール部材の摩耗が抑制される。

また，第１領域と第２領域との境界の長手方向の位置は，現像ローラの画像領域と，現像ローラのシール部材との摺接領域との間であることとするとよりよい。すなわち，トナーの搬送量が異なる領域が現像ローラの画像領域内にあると，搬送量の違いによる画像ムラが生じる。また，シール部材との摺接領域にまで画像領域と同じ搬送量の領域があると，シール部材へのトナーの搬送が抑制されない。そのため，第１領域と第２領域との境界は，上記の範囲内であることが好適である。

本発明によれば，規制ローラの特性を規定することで，トナーのシール部材側への移動を抑制している。よって，シール部材によって現像ローラの端部からのトナー漏れを抑制するとともに，そのシール部材の品質を長期にわたって維持する現像装置が実現している。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，本実施の形態は，非磁性の一成分トナーを収容・供給する現像装置を備えた電子写真方式のカラープリンタに本発明を適用したものである。

本形態の画像形成装置１００は，図１に示すように，像担持体である感光体ドラム１１を有し，その感光体ドラム１１の周囲に，感光体ドラム１１の表面を一様に帯電するための帯電装置１２と，感光体ドラム１１の表面に静電潜像を形成するための露光装置１３と，感光体ドラム１１上の静電潜像を可視像（トナー像）とするための現像装置１４と，感光体ドラム１１上のトナー像を用紙に転写するための転写装置１５と，感光体ドラム１１上の転写残トナーを取り除くためのクリーニングブレード１６とを感光体ドラム１１の回転方向に沿って備えている。さらに，用紙搬送路には，転写位置への用紙の搬送タイミングを調節するためのタイミングローラ１７および転写されたトナー像を用紙に定着させるための定着装置１８が設けられている。本形態では，帯電装置１２，転写装置１５，定着装置１８はいずれもローラ形状のものを用いている。

続いて，画像形成装置１００による画像形成の動作について簡単に説明する。画像形成装置１００は，スタート信号や画像データ等を受信することにより動作を開始する。感光体ドラム１１は，図１中の矢印方向に回転駆動される。そして，帯電装置１２と対向する位置で，帯電ローラによって一様に帯電される。次に，露光装置１３によって露光され，表面上に画像データに基づいた静電潜像が形成される。

次に，静電潜像が現像装置１４の位置に達すると，現像ローラに印加された現像バイアス電圧と感光体ドラム１１の静電潜像との間で形成される電界により帯電したトナーが移動し，静電潜像がトナーによって現像される。

一方，用紙搬送路を搬送されてきた用紙は，タイミングローラ１７にて画像先端位置にタイミングを合わせられ，感光体ドラム１１と転写装置１５との間に搬送される。そして，転写装置１５によって感光体ドラム１１上のトナー像が用紙に転写される。さらに，転写されたトナー像を保持した用紙はさらに搬送され，定着装置１８によって熱と圧力とが加えられることにより，トナー像が用紙に定着される。また，転写装置１５によって用紙に転写されず，感光体ドラム１１上に残った転写残トナーはクリーニングブレード１６によって掻き取られる。これにより，１枚分の画像形成が終了する。

続いて，現像装置１４について詳説する。現像装置１４は，図２に示すように，１成分現像剤である非磁性のトナーを収容する現像容器１と，トナーを担持するとともにそのトナーを感光体ドラム１１に向けて搬送する現像ローラ２と，現像ローラ２へのトナーの供給および現像ローラ２上のトナーの掻き取りを行うトナー供給ローラ３と，現像ローラ２上のトナーの厚みを規制するとともにトナーを荷電する規制ローラ４と，現像後の残留トナーを除電するトナー除電部材５とを備えている。

また，各部材にはそれぞれ電源が接続されている。例えば，現像ローラ２とトナー供給ローラ３との間には，トナー供給ローラ３から現像ローラ２に向かってトナーが移動するバイアスが両ローラ間に印加される。また，現像ローラ２と規制ローラ４との間には，現像ローラ２上のトナーを荷電する（トナーを現像ローラ２側に押し付ける）バイアスが両ローラ間に印加される。

現像ローラ２は，現像容器１に収容されるとともに，その一部が現像容器１の開口部によって現像容器１から露出している。また，現像ローラ２は，感光体ドラム１１に対し，両端部に設けられたコロによって対向配置されている。また，現像ローラ２は，トナー供給ローラ３が強く当接していることから，感光体ドラム１１側に付勢されている。そのため，現像ローラ２は，感光体ドラム１１の長手方向に沿って，僅かな隙間をもって対向するように配置されている。

トナー供給ローラ３は，現像容器１に収容されているとともに，現像ローラ２に強く当接している。また，トナー供給ローラ３は，現像ローラ２に対してカウンター方向に回転駆動される。

規制ローラ４は，現像容器１に収容されているとともに，現像ローラ２に所定の線圧で当接している。また，規制ローラ４は，現像ローラ２に対してカウンター方向に回転可能に設けられている。また，規制ローラ４は，図３に示すように，芯金４１と，その芯金４１の周囲に位置し，発泡部材からなる発泡弾性層４２と，その発泡弾性層４２を被覆する非発泡弾性層４３とを有している。規制ローラ４の詳細な内容については後述する。

また，現像ローラ２の長手方向の両端部には，図４に示すように，現像ローラ２の端部に生じる隙間を塞ぐためのシール部材２１が，現像ローラ２の表面に摺接するように巻装されている。このシール部材２１により，現像容器１内のトナーが外部に漏れ出すことを抑制している。シール部材２１の材質としては，例えばＰＴＦＥが適用可能である。なお，現像ローラ２は，その長手方向の領域が，画像形成領域２Ａと，非画像領域２Ｂとに分けられる。さらに，シール部材２１は，非画像領域２Ｂに摺接している。以下，非画像領域２Ｂ中のシール部材２１と摺接する領域を「摺接領域２Ｃ」とする。

現像装置１４では，トナー供給ローラ３と現像ローラ２との電位差および表面が発泡体であるトナー供給ローラ３の機械的搬送力により，現像容器１内のトナーをトナー供給ローラ３から現像ローラ２に搬送する。現像ローラ２に供給されたトナーは，現像ローラ２の回転に伴って規制ローラ４により摩擦帯電されつつ薄層化され，感光体ドラム１１との対向部にて静電潜像を可視化する。また，現像後に現像ローラ２上に残留するトナーは，トナー除電部材５により除電され，トナー供給ローラ３により現像ローラ２から剥離される。

［実施の形態の評価］
続いて，実施の形態にかかる規制ローラの評価結果について説明する。本評価では，外部駆動機にてコニカミノルタ社製の「magicolor 2300DL」と同様の条件を再現し，規制ローラの特性を変えて評価を行った。評価機に使用される現像装置の要部構成は，前述の現像装置１４と同様である。また，使用したトナーは「magicolor 2300DL」用のトナーを使用した。

具体的に本評価機では，規制ローラ４の芯金４１に直径が５ｍｍのＳＵＳを用いる。なお，芯金４１としては，防錆処理を行った金属であれば適用可能である。また，規制ローラ４の発泡弾性層４２には，直径が１２ｍｍの導電性を有する発泡ウレタンを用いる。なお，発泡弾性層４２としては弾性部材であればよく，この他に例えば発泡シリコンが適用可能である。また，現像ローラ２に対する規制バイアスは，ＡＣ−１００Ｖ（ｄｕｔｙ３５％）とした。

また，本評価では，規制ローラ４の長手方向の領域について，図４に示すように長手方向の中央部に位置するメイン領域４Ａと，長手方向の両端部に位置する端部領域４Ｂとに分け，端部領域４Ｂの特性（抵抗，表面粗さ）を変化させ，各規制ローラを使用した際のシール部材の耐久性を評価した。その他，本評価では，現像ローラ２と規制ローラ４との間の線圧や，規制ローラ４の回転方向を変化させた際のシール部材の耐久性を評価した。

なお，メイン領域４Ａは，現像ローラ２の画像領域２Ａと当接する領域であり，現像ローラ２の画像領域２Ａよりも幅が広い。メイン領域４Ａの表面の非発泡弾性層４３は，厚さが１００μｍの非発泡ポリアミドである。また，メイン領域４Ａの抵抗は，１０⁶ ［Ω］である。また，メイン領域４Ａの表面粗さＲａは，０．１μｍである。

なお，本評価中の「抵抗」は，規制ローラ４の芯金４１表面と規制ローラ４の非発泡弾性層４３表面との間の電気抵抗（Ω）とする。すなわち，非発泡弾性層４３と発泡弾性層４２とを合わせた弾性層の電気抵抗とする。具体的にローラの抵抗は，電極を兼ねた銅版上にローラを載せ，芯金の両端に５００ｇずつの荷重をかけ，芯金と銅版との間に直流１００Ｖを印加し，その際の電流値を計測し，その電流値を基に求めた値である。さらに本評価では，銅版との接触部を約９０度ずつ４回にわたって回転させ，その都度抵抗を求め，それらの平均値を抵抗とした。なお，非発泡弾性層４３と発泡弾性層４２とを繋ぐプライマは，セメダイン社製の「ホットメルト」を使用している。また，「表面粗さ」は，非発泡弾性部４３表面の粗さＲａ（μｍ）とする。

また，端部領域４Ｂは，シール部材２１を挟んで現像ローラ２の摺接領域２Ｃと対向する領域であり，現像ローラ２の摺接領域２Ｃよりも幅が広い。具体的に本評価機では，規制ローラの長手方向の全長が２３９ｍｍであり，端部領域４Ｂの幅がそれぞれ１０ｍｍである。また，非画像領域２Ｂの幅がそれぞれ１８．５ｍｍであり，そのうちの摺接領域２Ｃの幅（すなわちシール部材２１の幅）が７．０ｍｍである。

本評価では，Ａ４連続白紙通紙１０Ｋ，３０Ｋ，６０Ｋ枚相当駆動させた後の，シール部材の摩耗量を測定した。本評価でいう「摩耗量」は，耐久後のシール部材４４の厚みをマイクロメータで測定し，初期値（１３０μｍ）から測定値を引いた値とする。そして，摩耗量が３０μｍ以下ならば（○）とし，３０μｍ〜５０μｍの範囲内であれば（□）とし，５０μｍ〜７０μｍの範囲内であれば（△）とし，７０μｍ以上ならば（×）とした。測定結果を表１に示す。

本評価の結果，規制部材としてブレードを使用した場合（例１）には，摩耗量が多く，６０Ｋ枚以上の印字において品質を維持することが困難であった。また，端部領域４Ｂの抵抗および表面粗さをメイン領域４Ａと同じとした場合（例２，例３）にも，摩耗量が多く，６０Ｋ枚以上の印字において品質を維持することが困難であった。このことは，規制ローラ４と現像ローラ２との間の線圧を変えたとしても同様の結果（例２，例３）であった。

これに対し，端部領域４Ｂの表面粗さＲａを大きくした場合（例４）には，摩耗が僅かに抑制された。すなわち，端部領域４Ｂの表面を粗くすることで，トナーが規制ローラ４の端部領域４Ｂによって掻き取られる。そのため，端部領域４Ｂと接する部分ではトナーが移動し難くなる。そのため，摺接領域２Ｃへのトナーの搬送量が低減する。これにより，シール部材２１に達するトナー量が低減し，摩耗が抑制される。

また，端部領域４Ｂの抵抗を大きくした場合（例５）にも，摩耗が僅かに抑制された。すなわち，端部領域４Ｂについて電流を流れ難くすることで，トナーを現像ローラ２側に押し付ける力を弱くする。これにより，現像ローラ２とシール部材２１と間に潜入するトナー量が低減し，摩耗が抑制される。なお，抵抗を大きくする方法として，本評価では非発泡弾性層４３に樹脂を塗布した。

また，端部領域４Ｂの抵抗を大きくし，さらに規制ローラ４をカウンタ回転させた場合（例６）には，ほとんど摩耗が生じなかった。すなわち，規制ローラ４をカウンタ回転させることでトナーの剥離性を向上させる。これにより，現像ローラ２とシール部材２１との間へのトナーの潜入が回避され，摩耗がより抑制される。なお，カウンタ回転時の現像ローラ２に対する周速比は１とした。

また，これまでの改善条件を組み合わせた場合（例７）にも，ほとんど摩耗が生じなかった。すなわち，端部領域４Ｂの表面粗さＲａを大きくし，端部領域４Ｂの抵抗を大きくし，さらに規制ローラ４を現像ローラ２に対してカウンタ回転させる。これにより，より確実にシール部材２１の摩耗を抑制できる。このことは，規制ローラ４と現像ローラ２との間の線圧を変えたとしても同様の結果（例８）であった。

なお，規制ローラ４のメイン領域４Ａと端部領域４Ｂとの境界は，図４に示したように，現像ローラ２の画像領域２Ａの端部から摺接領域２Ｃの端部までの間に位置する。すなわち，トナーの搬送量が異なる端部領域４Ｂが画像領域２Ａと接していると，搬送量の違いによる画像ムラが生じる。また，摺接領域２Ｃがメイン領域４Ａと対向していると，シール部材２１へのトナーの搬送が抑制されない。また，シール部材２１が均一に摩耗しない。従って，シール部材２１の歪みや屈折を招き，品質を維持できない。

以上詳細に説明したように本形態の現像装置の評価結果から，規制ローラ４が次の３つ条件の少なくとも１つを満たすことで，現像ローラ２に巻装されるシール部材２１の摩耗が抑制されることがわかった。

１つめは，規制ローラ４の端部領域４Ｂの表面粗さＲａに関する条件である。すなわち，規制ローラ４は，長手方向の領域において，端部領域４Ｂの表面粗さＲａがメイン領域４Ａの表面粗さＲａよりも大きい。端部領域４Ｂでは，表面粗さＲａが大きいことから，現像ローラ２上のトナーを掻き取ることができ，長手方向の中央部から端部に移動するトナー，すなわち現像ローラ２の画像領域２Ａから摺接領域２Ｃに向かうトナーが低減される。よって，現像ローラ２とシール部材２１との間に潜入するトナーが低減され，シール部材２１の摩耗が抑制される。

２つめは，規制ローラ４の端部領域４Ｂの抵抗に関する条件である。すなわち，規制ローラ４は，長手方向の領域において，端部領域４Ｂの抵抗がメイン領域４Ａの抵抗よりも大きい。そのため，端部領域４Ｂでは，トナーを現像ローラ２側に押し付ける力が弱い。よって，現像ローラ２とシール部材２１との間に潜入するトナーが低減され，シール部材２１の摩耗が抑制される。

３つめは，規制ローラ４の回転方向に関する条件である。すなわち，規制ローラ４を現像ローラ２に対してカウンタ方向に回転させる。規制ローラ４をカウンタ回転させることで，トナーの剥離性が向上する。よって，トナーの現像ローラ２とシール部材２１との間への潜入が回避され，シール部材２１の摩耗がより抑制される。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，本発明は，カラープリンタ，モノクロプリンタ，コピー機，ファクシミリ等の各種の画像形成装置に適用可能である。

また，像担持体としてローラ形状の感光体ドラムを用いているが，ベルト状の感光体ベルトを使用してもよい。また，帯電装置は，ローラ帯電方式のほか，コロナ放電方式の帯電チャージャ，ブレード，ブラシ等を使用してもよい。また，露光装置は，レーザによるものでもＬＥＤによるものでもよい。また，転写装置は，転写ローラのほか，転写チャージャを使用してもよい。あるいは，感光体から用紙へ直接トナー像を転写する方式のほか，中間転写体を備え，２段階以上の転写を行う方式であってもよい。また，定着装置は，定着ローラのほか，定着ベルトを用いてもよいし，非接触方式のものであってもよい。

実施の形態にかかる画像形成装置の概略構成を示す図である。 実施の形態にかかる現像装置の概略構成を示す図である。 実施の形態にかかる規制ローラの概略構成を示す断面図である。 規制ローラと現像ローラとの配置を示す図である。

符号の説明

１ 現像容器
２ 現像ローラ
２Ａ 画像領域
２Ｂ 非画像領域
２Ｃ 摺接領域
２１ シール部材
３ トナー供給ローラ
４ 規制ローラ
４Ａ メイン領域（第１領域）
４Ｂ 端部領域（第２領域）
４１ 芯金（芯金部）
４２ 発泡弾性層（弾性部）
４３ 非発泡弾性層（弾性部）
１１ 感光体ドラム
１４ 現像装置
１００ 画像形成装置

Claims (4)

1. トナーを担持するとともにそのトナーを像担持体に向けて搬送する現像ローラと，前記現像ローラに当接し，前記現像ローラに対してカウンタ方向に回転し，前記現像ローラ上のトナー層の厚さを規制する規制ローラと，前記現像ローラの端部領域に摺接するシール部材とを有する現像装置において，
   前記規制ローラの長手方向の領域は，
   前記現像ローラの画像領域と接する第１領域と，
   長手方向の端部に位置するとともに前記第１領域に隣接し，前記現像ローラの前記シール部材との摺接領域と対向する部位を含む第２領域とからなり，
   前記第２領域の表面粗さＲａが前記第１領域の表面粗さＲａよりも大きいことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載する現像装置において，
   前記規制ローラは，
   芯金部と，前記芯金部を覆い，前記現像ローラと当接する弾性部とを有し，
   前記芯金の表面と前記弾性部の表面との間の電気抵抗が前記第１領域よりも前記第２領域のほうが大きいことを特徴とする現像装置。
3. トナーを担持するとともにそのトナーを像担持体に向けて搬送する現像ローラと，前記現像ローラに当接し，前記現像ローラに対してカウンタ方向に回転し，前記現像ローラ上のトナー層の厚さを規制する規制ローラと，前記現像ローラの端部領域に摺接するシール部材とを有する現像装置において，
   前記規制ローラは，
   芯金部と，前記芯金部を覆い，前記現像ローラと当接する弾性部とを有し，
   前記規制ローラの長手方向の領域は，
   前記現像ローラの画像領域と接する第１領域と，
   長手方向の端部に位置するとともに前記第１領域に隣接し，前記現像ローラの前記シール部材との摺接領域と対向する部位を含む第２領域とからなり，
   前記芯金の表面と前記弾性部の表面との間の電気抵抗が前記第１領域よりも前記第２領域のほうが大きいことを特徴とする現像装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載する現像装置において，
   前記第１領域と前記第２領域との境界の長手方向の位置は，前記現像ローラの画像領域と，前記現像ローラの前記シール部材との摺接領域との間であることを特徴とする現像装置。

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