JP5206117B2 - 現像装置、画像形成装置および現像装置の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、表面にトナーを担持するトナー担持ローラを有する現像装置およびその製造方法、ならびに該トナー担持ローラを用いて静電潜像をトナーにより現像する画像形成装置に関するものである。

像担持体上に担持された静電潜像をトナーにより現像するための現像装置およびこれを備えた画像形成装置においては、略円筒形状に形成され表面にトナーを担持するトナー担持ローラを像担持体に対向配置したものが広く使用されている。本願出願人は、このようなトナー担持ローラの表面に担持されるトナーの特性を改善するため、円筒形状に形成されたローラの表面に規則的に配置された凸部と、該凸部の周囲を取り囲む凹部とを設けたトナー担持ローラを採用した現像装置について先に開示した（特許文献１参照）。このような構造は、表面の凹凸パターンが管理されて均一であるために、ローラ表面に担持されるトナー層の厚さや帯電量等を制御しやすいという利点がある。

上記のように構成された画像形成装置においては、トナー担持ローラたる現像ローラと現像器ハウジングとの間隙に、現像ローラ表面に当接するシールを設けてトナーの漏れ出しを防止している。

特開２００７−１２１９４７号公報

上記従来技術においては、シールを現像ローラの回転方向に沿った、いわゆるトレイル方向に当接させることにより、現像ローラ表面のトナーの掻き取りを防止している。しかしながら、表面にトナーが付着した現像ローラに対してシール部材を圧接させているため、トナーやこれから離脱した外添剤等がシール部材の表面に付着し固着することが避けられない。このようなシール部材へのトナー等の固着は、シール不良によるトナー漏れや、固着したトナーが現像ローラ表面に付着することに起因するフィルミングの原因となり得る。

特に、上記従来技術のようにトナー担持ローラ表面に規則性のある凹凸パターンを設けている場合、シール部材へのトナー固着も規則性を持って現れることとなり、このような局所的なトナー等の固着によって、トナー漏れやフィルミング等を引き起こしやすくなることが考えられる。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、表面に複数の凸部を有するトナー担持ローラを備えた現像装置および画像形成装置ならびに現像装置の製造方法において、シール部材へのトナー等の固着に起因するトナー漏れやフィルミング等の問題を防止することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる現像装置の第１の態様は、上記目的を達成するため、トナーを表面に担持して所定の回転方向に回転するトナー担持ローラと、前記トナー担持ローラの表面に当接するシール部材とを備え、前記トナー担持ローラの表面には、それぞれの頂面が前記トナー担持ローラの表面の一部をなす複数の凸部が通し転造加工によって形成されており、しかも、前記所定の回転方向は、前記通し転造加工時における前記トナー担持ローラの回転方向と反対方向であることを特徴としている。

通し転造加工では、棒状や円筒状の被加工素材にダイスを押し当てた状態で、被加工素材を軸中心に回転させながらその軸方向に送ることによって、被加工素材の表面が所定の形状に加工される。このとき、被加工素材を挟んでダイスの反対側位置にはバックアップ手段としての受け台（ガイド）が設けられ、該受け台が被加工素材に当接することで被加工素材の位置ずれや撓みを防止している。このような加工方法によれば、被加工素材が回転しながらその表面が受け台と摺擦されることとなる。その際、被加工素材の表面に形成された凸部の頂面はその回転方向上流側に向かって押し上げられ、塑性変形することが避けられない。

このような塑性変形によって、各凸部の頂面から側面に移行する部分（以下、「エッジ部」と称する）における側面の勾配は、加工時の回転方向上流側ではより急峻に、また下流側ではより緩やかに変化する。さらに甚だしい場合には、エッジ部が加工時の回転方向上流側にバリ状に鋭く突出する。

そして、この発明の現像装置では、このような通し転造加工により表面加工されたトナー担持ローラが、画像形成動作時には加工時の回転方向とは反対方向に回転するように構成されている。そのため、通し転造加工によって上記のように勾配が急峻に塑性変形した、あるいはバリ状に突出した凸部のエッジ部が、回転に伴うトナー担持ローラ表面の移動において先頭側となる。そして、このように急峻なエッジ部がシール部材と当接するため、シール部材に固着した物質に対するエッジ部による掻き取り効果が、加工時の回転方向と同方向に回転させた場合に比べて非常に大きくなる。すなわち、この発明では、トナー担持ローラに設けられた凸部による高いトナー掻き取り作用によって、シール部材へのトナー等の固着を効果的に抑制することができ、その結果、トナー漏れやフィルミング等の問題の発生を防止することができる。

特に、近年では定着温度を引き下げて画像形成装置の消費電力を低減するためにトナーの低融点化が求められており、これに伴ってトナー固着やフィルミング等の問題がより顕在化しつつあるが、本発明はこのような問題にも対応することが可能なものである。

また、この発明にかかる現像装置の第２の態様は、上記目的を達成するため、トナーを表面に担持して所定の回転方向に回転するトナー担持ローラと、前記トナー担持ローラ表面に当接するシール部材とを備え、前記トナー担持ローラの表面には、それぞれの頂面が前記トナー担持ローラの表面の一部をなす複数の凸部が形成されており、しかも、前記各凸部の頂面から該頂面と接続する側面に移行するエッジ部のうち、前記トナー担持ローラの表面の移動方向における前方側の前記エッジ部に前記前方側に向けて突出する突出部が形成されており、前記突出部における前記エッジ部がなす角は、前記トナー担持ローラの表面の移動方向における後方側の前記エッジ部がなす角よりも小さいことを特徴としている。

このように構成された発明では、回転に伴うトナー担持ローラ表面の移動において先頭側のエッジ部がより急峻であるため、上記した本発明の第１の態様と同様に、シール部材に固着した物質に対するエッジ部による掻き取り効果が高く、シール部材へのトナー等の固着を効果的に抑制することができる。その結果、本発明の第１の態様と同様にトナー漏れやフィルミング等の問題の発生を防止することができる。

ここで、前記突出部において前記エッジ部のなす角が、９０度以下であることがより望ましい。この角度が９０度よりも大きいと、エッジ部に付着したトナーは、トナー担持ローラとシール部材との当接位置において両者の間に挟み込まれて圧粉状態となり、いずれかに固着してしまう可能性が高い。これに対し、上記角度が９０度以下であるとこのような挟み込みは起こりにくい。特に、９０度より小さい鋭角であるとき、既にシール部材に固着してしまったトナーなどの付着物に対し、エッジ部が高い掻き取り効果を発揮することができる。

また、この発明は、前記トナー担持ローラ表面に当接して前記トナー担持ローラ表面に担持されるトナーの層を規制する規制部材をさらに備える現像装置において特に優れた効果を奏する。このような装置では、トナー担持ローラ表面に対する規制部材の当接がトナー担持ローラ上のフィルミングをより助長することになる。また、トナー担持ローラ上に固着したトナーの移行による規制部材へのフィルミングも生じうる。このような構成の装置に対し本発明を適用することで、フィルミングの発生を効果的に抑制することが可能である。

また、前記シール部材のうち少なくとも前記トナー担持ローラ表面と当接する部位の材質は、高分子ポリエチレン樹脂により構成することができる。この場合における高分子ポリエチレンとは、架橋ポリエチレン樹脂であってその平均分子量が例えば１００万以上のものである。このような材料は、平均分子量が１０万以下程度の一般的なポリエチレン樹脂と比べて摩擦係数が低く、高い耐久性および形状安定性を奏する。そのため、このような材料をシール部材として用いることで、シール部材自体の磨耗は抑えつつもトナー等の付着物に対してはトナー担持ローラによる高い掻き取り効果を得ることができる。

また、前記トナー担持ローラ表面において、前記凸部と、該凸部の周囲を取り囲む凹部との高低差が前記トナーの体積平均粒径よりも大きくなるようにするのが好ましい。凸部と凹部との高低差が小さいと、凹部に担持されたトナーの上部がシール部材と接触し摩擦される可能性が高くなり、シール部材への融着を起こしやすい。さらには凹部に押し付けられることにより凹部に固着してしまうこともある。凸部と凹部との高低差をトナーの体積平均粒径よりも大きくなるようにすることで、凹部に担持されたトナーがシール部材に接触する可能性は低くなり、トナー等の固着を起こりにくくすることができる。

また、この発明にかかる画像形成装置は、上記したいずれかの構成を有する現像装置と、表面に静電潜像を担持する像担持体とを備えている。

このように構成された画像形成装置では、上記した現像装置の発明と同様に、トナー担持ローラが奏する高い掻き取り効果により、シール部材へのトナー等の固着に起因するトナー漏れやフィルミング等の問題を効果的に防止することができる。

また、この発明にかかる現像装置の製造方法は、上記目的を達成するため、外形が円筒または円柱形状のローラ素材の表面に、通し転造加工により規則的な凹凸を形成することでトナー担持ローラを作製する表面加工工程と、内部にトナーを貯留するためのハウジングにシール部材を取り付けるとともに、前記トナー担持ローラを所定の回転方向に回転自在に軸着する組立工程とを備え、前記所定の回転方向と、前記通し転造加工時における前記ローラ素材の回転方向とを反対方向とすることを特徴としている。

このように構成された発明では、前記したように、加工時に発生したトナー担持ローラ凸部の塑性変形が優れたトナー掻き取り効果を発揮する。そのため、シール部材へのトナー固着に起因するトナー漏れやフィルミング等の問題が発生しにくい現像装置を提供することが可能である。

例えば、前記表面加工工程では、前記ローラ素材の表面に対しダイスおよび受け台を当接させた状態で、前記ローラ素材を前記所定の回転方向と反対方向に回転させることにより、表面に規則的な凹凸を有するトナー担持ローラを作製することができる。このような製造方法では、受け台と当接させながらローラ素材を回転させるので、その回転方向上流側に向けて変形した凸部を形成することができる。

図１はこの発明を適用した画像形成装置の一実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１０に設けられたＣＰＵ１０１がエンジン部ＥＧ各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートＳに画像信号に対応する画像を形成する。

このエンジン部ＥＧでは、感光体２２が図１の矢印方向Ｄ1に回転自在に設けられている。また、この感光体２２の周りにその回転方向Ｄ1に沿って、帯電ユニット２３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部２５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット２３は所定の帯電バイアスを印加されており、感光体２２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。クリーニング部２５は一次転写後に感光体２２の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体２２、帯電ユニット２３およびクリーニング部２５は一体的に感光体カートリッジ２を構成しており、この感光体カートリッジ２は一体として装置本体に対し着脱自在となっている。

そして、この帯電ユニット２３によって帯電された感光体２２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。

こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、図１紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、エンジンコントローラ１０により制御されている。そして、このエンジンコントローラ１０からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２２と所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色のトナーを担持する現像ローラ４４が感光体２２に対し対向配置され、その対向位置において現像ローラ４４から感光体２２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。

図３は現像器の外観を示す図である。また、図４は現像器の構造および現像バイアス波形を示す図である。より詳しくは、図４（ａ）は現像器の構造を示す断面図である。また、図４（ｂ）は現像バイアス波形と感光体表面電位との関係を示す図である。各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋはいずれも同一構造を有している。したがって、ここでは、現像器４Ｋの構成について図３および図４（ａ）を参照しながらさらに詳しく説明するが、その他の現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍについてもその構造および機能は同じである。

この現像器４Ｋでは、その内部に非磁性一成分トナーＴを収容するハウジング４１に供給ローラ４３および現像ローラ４４が回転自在に軸着されており、当該現像器４Ｋが上記現像位置に位置決めされると、現像ローラ４４が感光体２と現像ギャップＤＧを隔てて対向位置決めされるとともに、これらのローラ４３、４４が本体側に設けられた回転駆動部（図示省略）と係合されて所定の方向に回転する。供給ローラ４３は例えば発泡ウレタンゴム、シリコンゴムなどの弾性材料により円筒状に形成されている。また、現像ローラ４４は、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属または合金により円筒状に形成されている。そして、２つのローラ４３、４４が接触しながら回転することでトナーが現像ローラ４４の表面に擦り付けられて所定厚みのトナー層が現像ローラ４４表面に形成される。この実施形態では負帯電トナーを用いるが、正帯電トナーであってもよい。

ハウジング４１の内部空間は隔壁４１ａによって第１室４１１および第２室４１２に仕切られている。供給ローラ４３および現像ローラ４４はともに第２室４１２に設けられており、これらのローラの回転に伴って第２室４１２内のトナーが流動し攪拌されながら現像ローラ４４の表面に供給される。一方、第１室４１１に貯留されているトナーは、供給ローラ４３および現像ローラ４４とは隔離されているので、これらの回転によっては流動しない。このトナーは、現像ユニット４が現像器を保持したまま回転することによって、第２室４１２に貯留されたトナーと混合され攪拌される。

このように、この現像器では、ハウジング内部を２室に仕切り、供給ローラ４３および現像ローラ４４の周囲をハウジング４１の側壁および隔壁４１ａで囲み比較的容積の小さい第２室４１２を設けることにより、トナー残量が少なくなった場合でも、トナーが効率よく現像ローラ４４の近傍に供給されるようにしている。また、第１室４１１から第２室４１２へのトナー供給およびトナー全体の攪拌を現像ユニット４の回転によって行うようにすることで、現像器内部にトナー攪拌のための攪拌部材（オーガ）を省いたオーガレス構造を実現している。

また、この現像器４Ｋでは、現像ローラ４４の表面に形成されるトナー層の厚みを所定厚みに規制するための規制ブレード４６が配置されている。この規制ブレード４６は、ステンレスやリン青銅などの弾性を有する板状部材４６１と、板状部材４６１の先端部に取り付けられたシリコンゴムやウレタンゴムなどの樹脂部材からなる弾性部材４６２とで構成されている。この板状部材４６１の後端部はハウジング４１に固着されており、図４の矢印に示す現像ローラ４４の回転方向Ｄ4において、板状部材４６１の先端部に取り付けられた弾性部材４６２が板状部材４６１の後端部よりも上流側に位置するように配設されている。そして、その弾性部材４６２が現像ローラ４４表面に弾性的に当接することで規制ニップを形成し、現像ローラ４４の表面に形成されるトナー層を最終的に所定の厚みに規制する。

このようにして現像ローラ４４の表面に形成されたトナー層は、現像ローラ４４の回転によって順次、その表面に静電潜像が形成されている感光体２との対向位置に搬送される。そして、エンジンコントローラ１０に制御されるバイアス用電源１４０からの現像バイアスが現像ローラ４４に印加される。図４（ｂ）に示すように、感光体２２の表面電位Ｖｓは、帯電ユニット２３により均一に帯電された後露光ユニット６からの光ビームＬの照射を受けた露光部では残留電位Ｖｒ程度にまで低下し、光ビームＬが照射されなかった非露光部ではほぼ均一の電位Ｖoとなっている。一方、現像ローラ４４に与えられる現像バイアスＶｂは直流電位Ｖaveを重畳した矩形波交流電圧であり、そのピーク間電圧を符号Ｖppにより表す。このような現像バイアスＶｂが印加されることにより、現像ローラ４４上に担持されたトナーは現像ギャップＤＧにおいて飛翔して感光体２２の表面各部にその表面電位Ｖｓに応じて部分的に付着し、こうして感光体２２上の静電潜像が当該トナー色のトナー像として顕像化される。

現像バイアス電圧Ｖｂとしては、例えば、ピーク間電圧Ｖppが１５００Ｖ、周波数が３ｋＨｚ程度の矩形波電圧を用いることができる。また、その直流成分Ｖaveは、感光体２２の残留電位Ｖｒとの電位差がいわゆる現像コントラストとなり画像濃度に影響を与えるので、所定の画像濃度を得るために必要な値とすることができる。

さらに、ハウジング４１には、現像ローラ４４の回転方向において感光体２２との対向位置よりも下流側で現像ローラ４４表面に圧接されたシール部材４７が設けられている。シール部材４７は、詳しくは後述する柔軟性を有する樹脂材料により形成され、現像ローラ４４の回転軸に平行な方向Ｘに沿って延びる帯状のフィルムであり、長手方向Ｘに直交する短手方向（現像ローラ４４の回転方向に沿った方向）における一方端部がハウジング４１に固着されるとともに、他方端部が現像ローラ４４表面に当接されている。他方端部は現像ローラ４４の回転方向Ｄ4における下流側に向かうように、いわゆるトレイル方向に現像ローラ４４に当接されており、感光体２２との対向位置を通過した現像ローラ４４表面に残留しているトナーをハウジング４１内に案内するともに、ハウジング内のトナーが外部へ漏れ出すのを防止している。

図５は現像ローラおよびその表面の部分拡大図を示す図である。現像ローラ４４は略円筒形のローラ状に形成されており、その長手方向の両端にはローラと同軸にシャフト４４０が設けられており、該シャフト４４０が現像器本体により軸支されて現像ローラ４４全体が回転自在となっている。現像ローラ４４表面のうちその中央部４４ａには、図５の部分拡大図（点線円内）に示すように、規則的に配置された複数の凸部４４１と、それらの凸部４４１を取り囲む凹部４４２とが設けられている。

複数の凸部４４１のそれぞれは、図５紙面の手前側に向けて突出しており、各凸部４４１の頂面は、現像ローラ４４の回転軸と同軸である単一の円筒面の一部をそれぞれ成している。また、凹部４４２は凸部４４１の周りを網目状に取り囲む連続した溝となっており、凹部４４２全体も現像ローラ４４の回転軸と同軸かつ凸部のなす円筒面とは異なる１つの円筒面をなす。そして、凸部４４１とそれを取り囲む凹部４４２との間は緩やかな側面４４３によって繋がれている。すなわち、該側面４４３の法線は現像ローラ４４の半径方向外向き（図において上方）、つまり現像ローラ４４の回転軸から遠ざかる方向の成分を有する。

図１に戻って画像形成装置の説明を続ける。上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ2に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から１枚ずつ取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ2まで搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。

このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシートＳ上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ2にシートＳを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路Ｆ上において二次転写領域ＴＲ2の手前側にゲートローラ８１が設けられており、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ８１が回転することにより、シートＳが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ2に送り込まれる。

また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９によりトナー像を定着され、排出前ローラ８２および排出ローラ８３を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部８９に搬送される。また、シートＳの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートＳの後端部が排出前ローラ８２後方の反転位置ＰＲまで搬送されてきた時点で排出ローラ８３の回転方向を反転し、これによりシートＳは反転搬送経路ＦＲに沿って矢印Ｄ3方向に搬送される。そして、ゲートローラ８１の手前で再び搬送経路Ｆに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ2において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートＳの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートＳの両面に画像を形成することができる。

また、図２に示すように、各現像器４Ｙ，４Ｃ，４Ｍおよび４Ｋには該現像器の製造ロットや使用履歴、内蔵トナーの残量などに関するデータを記憶するメモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。さらに、各現像器４Ｙ，４Ｃ，４Ｍ、４Ｋには無線通信器４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋがそれぞれ設けられている。そして、必要に応じて、これらが選択的に本体側に設けられた無線通信器１０９と非接触にてデータ通信を行い、インターフェース１０５を介してＣＰＵ１０１と各メモリ９１〜９４との間でデータの送受を行って該現像器に関する消耗品管理等の各種情報の管理を行っている。なお、この実施形態では、無線通信等の電磁的手段を用いて非接触にてデータ送受を行っているが、本体側および各現像器側にコネクタ等を設け、コネクタ等を機械的に嵌合させることで相互にデータ送受を行うようにしてもよい。

また、この装置では、図２に示すように、メインコントローラ１１のＣＰＵ１１１により制御される表示部１２を備えている。この表示部１２は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、ＣＰＵ１１１からの制御指令に応じて、ユーザへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。

なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリである。また、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。

また、ローラ７５の近傍には、クリーナ７６が配置されている。このクリーナ７６は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７５に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ７５側に移動した状態でクリーナ７６のブレードがローラ７５に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。

さらに、ローラ７５の近傍には、濃度センサ６０が配置されている。この濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、必要に応じ、中間転写ベルト７１の外周面に形成されるトナー像の画像濃度を測定する。そして、その測定結果に基づき、この装置では、画像品質に影響を与える装置各部の動作条件、例えば各現像器に与える現像バイアスや、露光ビームＬの強度、さらには装置の階調補正特性などの調整を行っている。

この濃度センサ６０は、例えば反射型フォトセンサを用いて、中間転写ベルト７１上の所定面積の領域の濃淡に対応した信号を出力するように構成されている。そして、ＣＰＵ１０１は、中間転写ベルト７１を周回移動させながらこの濃度センサ６０からの出力信号を定期的にサンプリングすることで、中間転写ベルト７１上のトナー像各部の画像濃度を検出することができる。

次に、上記のように構成された画像形成装置の現像器４Ｋ等における、現像ローラ４４上のトナー層規制の詳細について説明する。上記のようにトナーを担持する現像ローラ４４表面に凹凸を設けた構成においては、その凸部４４１および凹部４４２の双方にトナーを担持させることが可能であるが、この実施形態では、規制ブレード４６を直接現像ローラ４４表面の凸部４４１に当接することにより凸部４４１のトナーを除去するようにしている。このようにする理由は以下の通りである。

まず、凸部４４１に均一なトナー層を形成するためには規制ブレード４６と凸部４４１とのギャップの精密な管理が必要となるが、凹部４４２のみにトナーを担持させるためには規制ブレード４６と凸部４４２とを当接させて凸部４４１のトナーを全て除去すればよいので実現が比較的容易である。また、搬送されるトナーの量は規制ブレード４６と凹部４４２との隙間に生じる空間の容積によって決まるので、トナー搬送量を安定させることができる。

また、搬送されるトナー層の良好さという点においても利点がある。すなわち、凸部４４１にトナーを担持させると規制ブレード４６との摺擦に起因するトナーの劣化が起こりやすい。具体的には、トナーの流動性や帯電性が低下したり、トナーが圧粉状態となり凝集したり現像ローラ４４に固着してフィルミングを生じさせるなどの問題がある。これに対し、規制ブレード４６からの押圧をあまり受けない凹部４４２にトナーを担持させるとこのような問題が起こりにくい。また、凸部４４１に担持されるトナーと凹部４４２に担持されるトナーとでは規制ブレード４６との摺接のされ方が大きく異なるため、トナーの帯電量のばらつきが大きくなることが予想されるが、凹部４４２のみにトナーを担持させることでこのようなばらつきも抑えられる。

特に近年では、画像の高精細化やトナー消費量および消費電力の削減を実現するためにトナーの小粒径化や定着温度の低温化が求められているが、本実施形態の構成はこのような要求にも対応することが可能なものである。小粒径トナーにおいては帯電の立ち上がりが鈍いにもかかわらず飽和帯電量が高いため、凸部４４１に担持されたトナーは凹部４４２に担持されたトナーよりも帯電量が著しく高く（過帯電）なる傾向にある。このような帯電量の差はいわゆる現像履歴として画像に現れる。また、低融点トナーでは摺擦によるトナー同士または現像ローラ４４等への固着が起きやすい。しかしながら、凹部４４２のみにトナーを担持する本実施形態の構成ではこのような問題は生じにくい。

図６はこの発明にかかる現像ローラの製造方法の概要を示す図である。本実施形態の現像ローラ４４は、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属または合金製の円筒または円柱形状を有するローラ素材４００に、互いに交わる二種類の溝を形成することによって製造することができる。より具体的には、図６（ａ）に示すように、互いに同一方向に回転する１対のダイス９０１、９０２をローラ素材４００の表面に押し当てながら所定方向に送る通し転造加工によって、ローラ素材４００の表面につるまき線状の溝を形成する。

ダイス９０１の回転軸Ａ1とローラ素材４００の中心軸Ａ4とは平行ではなくわずかに（例えば１度）傾けられる。また、ダイス９０２の回転軸Ａ2とローラ素材４００の中心軸Ａ4との間も、上記とは反対方向かつ同じ大きさ（例えば−１度）に傾けられる。こうすることにより、ローラ素材４００にはダイス９０１および９０２の回転に起因するスラスト力が作用することとなり、ダイス９０１および９０２を回転させるとローラ素材４００が軸方向に沿って送られることになる。図６（ａ）に示す例では、ダイス９０１および９０２の回転によってローラ素材４００は矢印方向Ｄ8に回転しながら図の矢印方向Ｄ9に沿って送られる。

詳細な図示を省略しているが、ダイス９０１、９０２それぞれの外周面には、螺旋状の突起が形成されている。これらの突起をローラ素材４００に押し当てることにより、ローラ素材４００の外周面には格子状に交わる２種類の溝が刻まれて、この溝が現像ローラ表面の凹部４４２として機能する。また、溝に囲まれた多数の突起部が現像ローラ表面の凸部４４１として機能することとなる。

また、ローラ素材４００の送り方向Ｄ9に沿って、ガイド９０３が延設されている。ガイド９０３は、図６（ｂ）に示すように、ダイス９０１、９０２がそれぞれローラ素材４００と当接する当接位置Ｐ1、Ｐ2とはローラ素材４００の中心軸Ａ4を挟んで反対側の第３の位置Ｐ3でローラ素材４００の表面に当接して、ダイス９０１、９０２の押圧に起因するローラ素材４００の位置ずれや撓みを防止するバックアップ手段として機能している。

ダイス９０１、９０２がローラ素材４００の表面に対し転がるように当接されているのに対して、ガイド９０３は固定されている。このため、ローラ素材４００はその表面をガイド９０３に摺擦されながら、矢印方向Ｄ8に回転するとともに矢印方向Ｄ9に送られることとなる。このとき、ローラ素材４００表面の軸方向に沿った移動量に比べて、周方向の移動量の方が大きい。

図７は通し転造加工により形成される凹凸の断面形状を説明する図である。より詳しくは、ダイス９０１、９０２を押圧されたローラ素材４００の表面を、その中心軸Ａ4に直交する切断面から見た断面図である。なお、図７では、図面を見やすくするために図６とは上下を逆転させて示している。図７（ａ）に示すように、突起部を有するダイス９０１、９０２を押圧されたローラ素材表面では、突起部が押し当てられた位置に溝４０２が彫り込まれる一方、突起部と当接しなかった表面４０１は元の円筒面が保たれて、溝４０２に対し相対的に突出した凸部の頂面となる。溝４０２と凸部頂面４０１とを接続する面４０３は凸部の側面となる。また、凸部頂面４０１と側面４０２とが交わるエッジ部４０４の周辺では、ダイスにより側方へ押しやられた素材により元の円筒面より盛り上がった盛り上がり部４０５が生じる。

図７（ｂ）に示すように、この盛り上がり部４０５はガイド９０３と摺擦されることによって移動方向における後方側、つまり回転方向Ｄ8におけるほぼ上流側に向かう押圧力を受ける。その結果、盛り上がり部４０５が上流側に押し出されて塑性変形し、図７（ｃ）に示すように、回転に伴う移動方向Ｄ8における後方側に相当する凸部頂面４０１の上流側エッジ部４０４ａでは、上流側に向けてバリ状に突出した突出部４０６が形成される一方、下流側エッジ部４０４ｂではより角が鈍ることになる。

この実施形態では、上記のようにしてローラ素材４００に凹凸を形成してなる加工後の金属筒をハウジング４１（図４）に回転自在に軸着することで、これを現像ローラ４４として機能させる。すなわち、ローラ素材４００表面に形成された溝４０２が現像ローラ４４における凹部４４２に相当し、また元の円筒面４０１が凸部４４１に相当している。

そして、上記のように凸部４４１のエッジ部の形状が加工時の回転方向Ｄ8の上流側と下流側とで異なっていることに鑑み、この実施形態では、現像器４Ｋ等に組み込まれた現像ローラ４４の画像形成動作時における回転方向Ｄ4（図４）が通し転造加工時の回転方向Ｄ8とは反対となるように、現像ローラ４４を現像器４Ｋに取り付けるようにしている。そのようにする理由について以下に説明する。

図８は現像ローラのエッジ部の形状を示す拡大図である。上記のようにハウジング４１に現像ローラ４４を取り付けることにより、図８（ａ）に示すように、現像ローラ４４の表面に形成された凸部４４１の頂面のうち、バリ状の突出部４４６が形成されたエッジ部４４４ａは、画像形成動作時の移動方向Ｄ4において前方側に位置することになる。この前方側エッジ部４４４ａにおいて、凸部４４１の頂面とこれに接続する側面４４３とのなす角を符号αにより表す。一方、画像形成動作時の移動方向Ｄ4において後方側に位置する後方側エッジ部４４４ｂにおいて凸部４４１の頂面と側面４４３とのなす角を符号βにより表す。また、後の議論のために、凸部４４１と凹部４４２との高低差を符号Ｈにより表す。

上記した通し転造加工法では、金属筒の外周面にダイスを当てて窪ませることにより凹部４４２を形成しているため、後方側エッジ部４４４ｂにおける角度βは９０度より大きい。これに対し、突出部４４６が生じている前方側エッジ部４４４ａでは、角度αは角度βよりも小さく鋭いエッジとなっている。

このような現像ローラ４４表面にシール部材４７を当接させて現像ローラ４４を回転方向Ｄ4に回転させた場合、図８（ｂ）に示すように、凸部４４１は突出部４４６側を先頭にしてシール部材４７の表面４７１に接近してゆき当接する。このため、シール部材表面４７１に何らかの付着物Ｐが付着していた場合、突出部４４６により鋭い角度αを有するエッジ部４４４ａがこれを掻き取る作用をすることになる。

これに対して、図８（ｃ）に示すように、現像ローラ４４の取り付け方向を反対にして加工時の回転方向Ｄ8と動作時の回転方向Ｄ4とを同じにした比較例では、より角度の大きい緩やかなエッジ部４４４ｂが先頭になってシール部材表面４７１に当接する。このため、シール部材表面４７１の付着物Ｐが効果的に掻き取られず、むしろ凸部４４１の頂面とシール部材４７１とが当接するニップ部に押し込まれることになる。

本願発明者らの知見によれば、シール部材４７の表面に付着する付着物Ｐは、主に小径のトナー粒子やトナー粒子から離脱したワックスや外添剤等の微粒子である。これらの粒子は、圧力および摩擦を受けると軟化してシール部材４７や現像ローラ４４に融着しやすい。また、こうしてシール部材４７や現像ローラ４４表面に融着した融着物はさらに他のトナー粒子や外添剤等の付着を招き、フィルミングを生じさせる。また、シール部材４７１表面に厚く固着した付着物が現像ローラ４４との間でシール不良を引き起こし、これがトナーの漏れにつながる。特に低融点化が図られたトナーにおいてはこのような問題が顕著である。

本実施形態では、図８（ｂ）に示すように、現像ローラ４４の回転に伴う凸部４４１の移動が突出部４４６を有するエッジ部４４４ａを先頭にして行われるようにしているため、シール部材表面４７１に付着した付着物Ｐを効果的に掻き取ることができ、シール部材４７への付着物に起因するトナー漏れやフィルミングを防止することが可能となっている。ここで、先頭側エッジ部４４４ａの角度αは９０度以下であることが望ましい。こうすることにより、シール部材表面４７１の付着物Ｐをニップ部に送り込んでしまうことが防止される。また、掻き取られた物質をより積極的に当接部位から引き離しニップ部への侵入を確実に防止するためには、先頭側エッジ部４４４ａの角度αは９０度よりも小さい鋭角であることが望ましい。なお、突出部４４６の大きさや前方側への突出の程度は、ローラ素材４００へのダイス９０１、９０２やガイド９０３の当接圧によって増減することが可能である。

図９は本実施形態におけるフィルミング防止効果を示す図である。図８（ｃ）に示すように、突出部４４６が移動方向Ｄ4において後方側になるように現像ローラ４４をハウジング４１に取り付けた比較例における、シール部材表面４７１および現像ローラ４４表面の状態を図９（ａ）に示す。同図に示すように、顕微鏡観察によれば、シール部材表面４７１には凸部の配列ピッチに対応する周期的なスジ状の融着物Ｆが見られた。また、現像ローラ４４表面では、移動方向Ｄ4における凸部４４１の前方側頂点の近傍にトナーＴが集中的に固着してフィルミングを起こしているのが観察された。

これに対して、図８（ｂ）に示すように突出部４４６が移動方向Ｄ4において前方側になるように現像ローラ４４をハウジング４１に取り付けた本実施形態では、図９（ｂ）に示すように、シール部材４７１への融着物および現像ローラ４４上への固着トナーのいずれもほとんど観察されなかった。このことから、通し転造加工時に生じた突出部４４６を先頭側にして現像ローラ４４を回転させることが、シール部材４７へのトナー等の固着を抑えてトナー漏れやフィルミング等を防止する上で有効であることがわかる。また、現像ローラ４４表面へのトナー固着は規制ブレード４６２や供給ローラ４３へのトナー固着の原因ともなるが、本実施形態の構成によれば、このような問題の発生も防止することができる。

また、シール部材４７へのトナー等の固着を抑えるためには、現像ローラ４４表面の凸部４４１と凹部４４２との高低差（図８（ａ）に示す符号Ｈ）も重要である。この高低差Ｈについては、少なくとも使用トナーの体積平均粒径よりも大きいことが望ましい。というのは、高低差Ｈがトナーの体積平均粒径以下であるとき、凹部４４２に担持されたトナーのうち凸部４４１よりも上方に突出してシール部材４７と接触するものが多くなるため、外添剤等のシール部材４７への融着が起きやすくなるからである。また、大径のトナーがシール部材４７を押し上げてエッジ部４４４ａによる掻き取り効果を減殺してしまうこともある。本願発明者らの実験では、高低差Ｈをトナーの体積平均粒径の１．５倍程度としたときこのような問題はほとんど生じなかった。

なお、このように鋭いエッジ部４４４ａを先頭側にして現像ローラ４４を回転させるため、これに摺擦されるシール部材４７の磨耗が装置寿命の点で問題となり得る。したがってシール部材４７のうち、少なくとも現像ローラ４４と当接する部分に関しては、耐摩耗性の高い材質により形成されることが好ましい。このような材質としては、例えば高分子ポリエチレン樹脂を使用することができる。本願発明者らの実験では、平均分子量が２万〜１０万程度の一般的なポリエチレン樹脂やフッ素系樹脂は耐久性の点で十分ではなく、平均分子量が１００万以上の架橋ポリエチレン樹脂が望ましい。このような材質は、摩擦係数が低く、高い耐久性および形状安定性を有する点でシール部材として好適である。例えば、日東電工株式会社製超高分子量ポリエチレンフィルムＮｏ．４４０を好適に用いることができる。

以上のように、この実施形態では、円筒または円柱形状を有する金属製のローラ素材４００にダイス９０１、９０２およびガイド９０３を押圧する通し転造加工によってローラ素材４００の表面に規則的な凹凸を形成し、これを現像ローラ４４として現像器４Ｋ等に組み込んでいる。そして、現像器４Ｋ等に組み込まれ画像形成動作に使用されるときの現像ローラ４４の回転方向Ｄ4が、通し転造加工時のローラ素材４００の回転方向Ｄ8とは反対となるようにしている。そのため、各凸部の頂面とこれに接続する側面とがなす角は、現像ローラ４４の移動方向Ｄ4における前方側（角度α）でその後方側（角度β）よりも小さくなっている。

このような構成とすることにより、シール部材表面４７１の付着物に対する凸部４４１のエッジ部４４４ａによる高い掻き取り効果が得られる。その結果、この実施形態では、シール部材４７へのトナー等の固着に起因する現像器からのトナー漏れや、現像ローラ４４、供給ローラ４３や規制ブレード４６上でのフィルミングを効果的に防止することが可能となっている。

以上説明したように、この実施形態では、現像器４Ｃ，４Ｋ，４Ｍ，４Ｙが本発明の「現像装置」として機能しており、それを構成するハウジング４１、現像ローラ４４、規制ブレード４６およびシール部材４７がそれぞれ本発明の「ハウジング」、「トナー担持ローラ」、「規制部材」および「シール部材」として機能している。また、感光体２が本発明の「像担持体」として機能している。また、図６に示した通し転造加工によってローラ素材４００表面に凹凸を形成する工程が本発明の「表面加工工程」に相当し、こうして形成された現像ローラ４４およびシール部材４７をハウジング４１に取り付ける工程が本発明の「組立工程」に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、現像ローラ４４表面に形成された凸部４４１の配列は現像ローラ４４の周方向に沿ったものであるが、例えば次に説明するようにこの方向からずれた方向に配列するようにしてもよい。

図１０は凸部の配列の他の例を示す図である。図１０に示すように、周方向における凸部５４１の並びを表す線Ｌ1を考えたとき、この例では周方向における凸部５４１の並びを表す線Ｌ1が、現像ローラ４４の回転に伴う表面の移動方向D4と平行でなく少しずれている。このようにすると、通し転造加工により形成される突出部５４６が当接するシール部材４７上の位置が、現像ローラ４４の回転に伴って少しずつ軸方向に移動してゆくこととなる。すなわち、突出部５４６による掻き取り効果が発揮されるシール部材４７上の位置が、軸方向に分散されることとなる。こうすることで、幅方向におけるシール部材４７の全体にわたってトナー等が固着するのを防止することができる。通し転造加工に使用する２つのダイス９０１、９０２それぞれに設ける突起部のピッチや角度を互いに異ならせることで、このような凸部の配列を有する現像ローラを作製することが可能である。

また、上記実施形態の画像形成装置は、ロータリー現像ユニット４に現像器４Ｋ等を装着したカラー画像形成装置であるが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない。例えば、中間転写ベルトに沿って複数の現像器を並べたいわゆるタンデム方式のカラー画像形成装置や、現像器を１個だけ備えてモノクロ画像を形成するモノクロ画像形成装置に対しても本発明を適用することが可能である。

この発明を適用した画像形成装置の一実施形態を示す図。 図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。 現像器の外観を示す図。 現像器の構造および現像バイアス波形を示す図。 現像ローラおよびその表面の部分拡大図を示す図。 この発明にかかる現像ローラの製造方法の概要を示す図。 通し転造加工により形成される凹凸の断面形状を説明する図。 現像ローラのエッジ部の形状を示す拡大図。 本実施形態におけるフィルミング防止効果を示す図。 凸部の配列の他の例を示す図。

符号の説明

２２…感光体（像担持体）、 ４１…ハウジング、 ４４…現像ローラ（トナー担持ローラ）、 ４６…規制ブレード（規制部材）、 ４７…シール部材、 ４４１…（現像ローラ表面の）凸部、 ４４２…（現像ローラ表面の）凹部、 ９０１，９０２…ダイス、 ９０３…ガイド（バックアップ手段）

Claims (7)

1. トナーを表面に担持して所定の回転方向に回転するトナー担持ローラと、
   前記トナー担持ローラの表面に当接するシール部材と
   を備え、
   前記トナー担持ローラの表面には、それぞれの頂面が前記トナー担持ローラの表面の一部をなす複数の凸部が通し転造加工によって形成されており、しかも、前記所定の回転方向は、前記通し転造加工時における前記トナー担持ローラの回転方向と反対方向である
   ことを特徴とする現像装置。
2. トナーを表面に担持して所定の回転方向に回転するトナー担持ローラと、
   前記トナー担持ローラ表面に当接するシール部材と
   を備え、
   前記トナー担持ローラの表面には、それぞれの頂面が前記トナー担持ローラの表面の一部をなす複数の凸部が形成されており、しかも、前記各凸部の頂面から該頂面と接続する側面に移行するエッジ部のうち、前記トナー担持ローラの表面の移動方向における前方側の前記エッジ部に前記前方側に向けて突出する突出部が形成されており、
   前記突出部における前記エッジ部がなす角は、前記トナー担持ローラの表面の移動方向における後方側の前記エッジ部がなす角よりも小さい
   ことを特徴とする現像装置。
3. 前記突出部における前記エッジ部がなす角が９０度以下である請求項２に記載の現像装置。
4. 前記シール部材のうち少なくとも前記トナー担持ローラの表面と当接する部位の材質は、平均分子量が１００万以上の架橋ポリエチレン樹脂である請求項１ないし３のいずれかに記載の現像装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の現像装置と、
   表面に静電潜像を担持する像担持体と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
6. 外形が円筒または円柱形状のローラ素材の表面に、通し転造加工により規則的な凹凸を形成することでトナー担持ローラを作製する表面加工工程と、
   内部にトナーを貯留するためのハウジングにシール部材を取り付けるとともに、前記トナー担持ローラを所定の回転方向に回転自在に軸着する組立工程と
   を備え、
   前記所定の回転方向と、前記通し転造加工時における前記ローラ素材の回転方向とを反対方向とする
   ことを特徴とする現像装置の製造方法。
7. 前記表面加工工程では、前記ローラ素材の表面に対しダイスおよびバックアップ手段を互いに異なる位置で当接させた状態で、前記ローラ素材を、前記所定の回転方向と反対方向に回転させる請求項６に記載の現像装置の製造方法。

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