JP2004094145A

JP2004094145A - 現像装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2004094145A
Application number: JP2002258550A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Ito; 伊藤　伯志; Atsushi Ota; 太田　温; Takayuki Yoshii; 吉井　孝之; Taisuke Tokuwaki; 徳脇　泰輔
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】現像ローラ表面に対するトナー均一に分布させ均一な画像を長期間安定して形成する。
【解決手段】現像ローラ３１に付着したトナーを一定厚さに規制するトナー規制ローラ３５を、芯金３８の表面に被覆された弾性体層３９を、外径が両端部から中央に向かって徐々に増大するクラウン形状とし、表面粗さをトナー平均粒径以下とし、現像ローラ３１に対して全長にわたり均一な圧力で接触させ、トナー規制ローラ３５の軸方向の偏摩耗を防ぐとともに現像ローラ３１に対するトナー規制ローラ３５の連れ回り性の信頼性を向上させる。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真方式で感光体に形成された潜像を可視化する現像装置及び画像形成装置、特に現像ローラやトナー規制部材の表面に対するトナー凝集や固着を防止して均一な画像を長期間安定して形成することに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平５−１４２９３８号公報
【特許文献２】特開平９−８０９０５号公報
【特許文献３】特開平９−２５８５５２号公報
【特許文献４】特開平１１−８４８６７号公報
電子写真方式で感光体に形成された潜像を現像する１成分現像装置においては、形成する画像のカブリやゴースト等の発生を防ぎ、画像品質を維持するために、トナーを均一に帯電させることが必須であり、トナーと接触し摩擦帯電させる部品の表面材質の選定が重要となる。一方、近年の環境問題より、現像装置の長寿命化を図る必要があり、現像ローラや現像ローラに付着したトナーを一定厚さにするトナー規制部材の表面に対するトナー凝集や固着を防止するとともに現像ローラやトナー規制部材の表面のキズや亀裂あるいは剥離等の劣化を防止する必要がある。また、現像装置としては長期間にわたっての使用した場合でも、トナー漏れや飛散による画像形成装置内部の汚染を防ぐ必要がある。
【０００３】
現像ローラやトナー規制部材にトナー凝集や固着が発生するメカニズムとして、両部品の接合部である断面形状が楔形状をした領域にトナーが詰まるという現象がある。
【０００４】
この現像ローラやトナー規制部材にトナー凝集や固着が発生することを防止するため特許文献１に示された現像装置は、トナー規制部材としてブレードを使用し、このブレードを振動させるようにしている。また、特許文献２に示された現像装置は、トナー規制部材を弾性を有する回転ローラとし、現像ローラにトナーを供給するトナー供給ローラより現像ローラの回転方向の下流側に設け、現像ローラの回転方向と同方向に回転させるようにしてトナーの擦り抜けを防止するようにしている。
【０００５】
特許文献３に示された現像装置は、トナー規制部材を電界発生手段を備えた弾性を有する回転ローラとし、その表面に誘電体層を形成し、現像ローラの回転方向と同方向に回転させながらトナー規制部材の現像ローラに対する圧接部の下流側の微小間隙に交番電界を発生させて非磁性トナーを飛翔させるようにしている。
【０００６】
特許文献４に示された現像装置は、トナー規制部材を回転ローラとし、現像時には静止させ、非現像時には所定のタイミングで現像ローラの回転方向と同方向に回転させて現像ローラとトナー規制部材との接触部でトナーが凝集したり固着することを防止している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示された現像装置のように、ブレードを振動させるためには、そのための構成部品が多数必要であり、現像装置が非常に煩雑で大掛かりな構成となってしまう。また、ブレードと現像ローラとの接触部分が限定されるため、機械的な摩耗による劣化のために十分な寿命を得ることができないという短所がある。
【０００８】
特許文献２〜４に示された現像装置はトナー規制部材を回転ローラとすることによりブレード方式と比較し、現像ローラとの接触部分が増加するため、機械的な摩耗を防ぐことはできるが、トナー規制部材を現像ローラの回転方向と同方向に回転させているため、現像ローラとトナー規制部材の圧接部の楔部分に堆積したトナーをトナー規制部材の回転方向の下流へさらに移行させる方向の圧力を加えるため、楔部分のトナー凝集に対しては有効な手段と言えず、６０００枚程度の作像回数が限度であり高寿命化を達成するには不充分である。
【０００９】
この発明はかかる短所を改善し、現像ローラに付着したトナーを均一な厚さの薄膜に規制するとともに現像ローラやトナー規制部材の表面に対するトナー凝集や固着を防止して均一な画像を長期間安定して形成することができる現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の現像装置は、像担持体に形成された潜像に現像剤を付着させて可視化する現像ローラと、現像ローラに現像剤を供給する現像剤供給ローラと、両端部を弾性部材の弾性力により押圧されて現像ローラに圧接し、現像ローラに付着した現像剤を一定厚さに規制する現像剤規制ローラとを有する現像装置において、前記現像剤規制ローラは、芯金の表面に被覆され、外径が両端部から中央に向かって徐々に増大するクラウン形状で、表面粗さが現像剤平均粒径以下である弾性体層と、弾性体層の表面に樹脂膜で形成された表面層を有することを特徴とする。
【００１１】
前記現像剤規制ローラのクラウン形状をプランジ研削加工で形成したり、プランジ研削加工した後、テープ研磨加工して形成し、現像ローラに付着した現像剤の薄層の均一性を向上させる。
【００１２】
この発明の画像形成装置は、前記現像装置を有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の画像形成装置の構成図である。画像形成装置１は複写機能とプリンタ機能を有し、図に示すように、画像形成ユニット２の下部には記録紙を収納した２段の給紙カセット３ａ，３ｂが設けられ、画像形成ユニット２の上部には読取ユニット４を有する。給紙カセット３ａ，３ｂは給紙ローラ５ａ，５ｂを有し、給紙ローラ５ａ，５ｂにより給紙カセット３ａ，３ｂ内に積載された記録紙を１枚ずつ給紙する。給紙ローラ５ａ，５ｂの下流側近傍は合流して縦搬送経路６が形成されている。縦搬送経路６には、搬送ローラ７，８と画像形成ユニット２の画像形成部９と定着部１０が配置されている。画像形成部９は、感光体１１と、感光体１１の周囲に配置された帯電チャージャ１２と現像装置１３と転写部１４及びクリーニングユニット１５と、レーザ光源やポリゴンミラー等が設けられ、感光体１１にレーザービームを照射して画像を書き込む書込ユニット１６を有する。
【００１４】
縦搬送経路６の下流端には排紙ローラ１７が設けられ、画像を形成した記録紙を排紙部１８に搬送する。また、縦搬送経路６の外側には、支軸１９を支点として回転方向に開閉可能な手差しトレイ２０が設けられている。画像形成ユニット２の側面で支軸１９の上部近傍には手差し給紙を行うための給紙口が設けられ、両面ユニット２１と共通に用いられる搬送経路である共通搬送経路２２が搬送ローラ８の上流側で縦搬送経路６と合流している。そして手差しトレイ２０を水平に開放したときに手差し給紙が可能となり、手差しトレイ２０にセットした記録紙は共通搬送経路２２から縦搬送経路６に搬送される。
【００１５】
給紙ユニット３ａ，３ｂあるいは手差しトレイ２０から給紙された記録紙は画像形成部９に搬送される。画像形成部９は、書込ユニット１６により感光体１１に書き込まれて形成された静電潜像を現像装置１３で現像し、現像した画像を転写部１４で記録紙に転写する。定着部１０は画像が転写された記録紙に熱及び圧力を加えて定着する。画像が定着された記録紙は排紙ローラ１７により排紙部１８に排出される。両面ユニット２１は装置本体２の外側部に設置され、記録紙の両面に画像を形成するときは、片面に画像を形成した記録紙を装置本体２の上部に設けた搬送ローラ２３によりスイッチバック経路２４に送り、スイッチバック経路２４から両面ユニット２１を介して再び縦搬送経路６に記録紙を搬送する。
【００１６】
この画像形成装置１に使用する現像装置１３は、図２の構成図に示すように、現像ローラ３１と芯軸の周囲にスポンジを形成したトナー供給ローラ３２とトナー搬送部材３３がケース３４の側板に軸支され、トナー規制ローラ３５の両端部がバネ３６により押圧され現像ローラ３１に圧接されている。この現像装置１３において、トナー３７はトナー搬送部材３３とトナー供給ローラ３２を介して現像ローラ３１の表面に供給される。現像ローラ３１上に供給されたトナー３７は、トナー規制ローラ３５の接触圧によって所定量に薄層化され、現像ローラ３１を回転させることによって感光体１１に搬送される。現像ローラ３１は感光体１１に平行して接触し、感光体１１の帯電電位と光書き込み後の残留電位のほぼ中間のバイアス電圧が印加されている。現像ローラ３１上のトナーが感光体１１との接触部に搬送され、感光体電位と現像バイアスによる現像電界に応じて帯電したトナーが感光体１１に付着し静電潜像を可視化する。この現像動作時にトナー規制ローラ３５は静止した状態で現像ローラ３１に当接しているが、非現像時に１現像動作に対して１回の頻度で所定のタイミングで連れ回りするようになっている。
【００１７】
現像ローラ３１は、所定の直径例えば２６ｍｍのアルミローラに、ポリエステル樹脂とグアナミン硬化剤と導電粒子としてＩＴＯとを分散した塗料をスプレー塗装後硬化させることにより１０μｍの表面層として形成している。この現像ローラ３１の表面粗さがＲｚ２μｍ以下の平滑面で形成されている。ここでグアナミン硬化剤はアミノ基を含有する物質であり、マイナス帯電トナーと逆極性を示す。ＩＴＯはアルミナ粉をベースとし、この表面にインジウムドープ酸化錫をコーティングしたものである。トナー供給ローラ３２は、金属芯軸の周囲に導電性発泡体を形成したものであり、抵抗値は１０^６Ωであり、芯軸に現像バイアスと同電位が印加されている。
【００１８】
トナー規制ローラ３５は、現像ローラ３１が剛体であるので弾性体ローラで形成されている。例えば図３の断面図に示すように直径１０ｍｍのＳ４５Ｃの芯金３８の表面に、ニトリルゴムやエピクロルヒドリンゴム等を被覆した弾性体層３９に、フッ素樹脂膜をスプレー塗装によって２０μｍの膜厚で表面層４０を形成している。このナー規制ローラ３５は、中央部の外径を例えば１４ｍｍとし、両端部の外径を１３．７５ｍｍとし、外径差で２５０μｍのクラウンを付与している。
【００１９】
例えばトナー規制ローラ３５をストレート形状とした場合、トナー規制ローラ３５の両端部をバネ３６で押すことによる撓みが発生し、トナー規制ローラ３５の両端部の表面層４０が約４万枚で摩耗し、弾性体層３９が露出することが確認された。これに対してトナー規制ローラ３５の外周部の弾性体層３９にクラウンを付与することにより、トナー規制ローラ３５の軸方向の偏摩耗を防ぐことができた。このクラウンの付与はトナー規制ローラ３５の単独の寿命上の問題だけでなく、現像ローラ３１との接触圧の分布を均一化することができる。したがって現像ローラ３１に対するトナー規制ローラ３５の連れ回り性の信頼性を向上させることができる。例えば前記クラウンを付与した場合、現像ローラ３１の回転量に対するトナー規制ローラ３５の移動量が１００％と安定性を示したのに対し、ストレート形状の場合７５〜８０％であった。
【００２０】
このトナー規制ローラ３５のクラウン形状については、輪郭形状を台形形状としたり多角形形状とした場合は、変極点部分で現像ローラ３１上に帯状のトナー層ムラが発生し、画像濃度が不均一となる。そこでクラウン形状を円弧形状又は２次曲線形状といった連続波形形状とし、画像濃度が不均一になることを防ぐ。
【００２１】
また、クラウン形状の加工は、弾性体層３９をプランジ研削盤で加工すれば良い。現像装置１３に使用するトナー３７は平均粒径が７．５μｍ前後であり、トナー規制ローラ３５の表面粗さＲｚはトナー平均粒径以下になるように、弾性体層３９の表面粗さを小さくする必要がある。この弾性体層３９の表面粗さを小さくすることでフッ素樹脂等の表面層４０の表面粗さを小さくすることができる。
【００２２】
また、トナー規制ローラ３５の表面粗さに関してはプランジ研削加工後、さらにテープ研磨を実施することにより、プランジ研削時の砥石中の砥粒によりトナー規制ローラ３５の円周方向に発生する円周スジや微小突起あるいはピンホールを低減することができる。
【００２３】
このようにトナー規制ローラ３５の弾性体層３９のクラウン形状をプランジ研削加工したり、プランジ研削加工後にテープ研磨した場合と他の方法で加工し手作成したトナー規制ローラ３５の表面粗さＲｚと、作製した各トナー規制ローラ３５を現像ローラ３１へ圧接してトナー薄層の均一性と出力画像での均一性について評価した結果を下記表に示す
【００２４】
【表１】

【００２５】
前記表において、Ａはトラバース研削した場合であり、加工条件は、加工時間は９０秒、砥石回転数１５００ｒｐｍ、ローラ回転数２００ｒｐｍ、砥石巾５０ｍｍである。
Ｂはプランジ゛研削した場合であり、加工条件は、加工中砥石停止時間５秒、ローラ回転数２００ｒｐｍ、砥石巾３００ｍｍである。
Ｃはプランジ゛研削した場合であり、加工条件は、加工中砥石停止時間２０秒、ローラ回転数２００ｒｐｍ、砥石巾３００ｍｍである。
Ｄはプランジ゛研削したのちテープ研磨した場合であり、プランジ゛研削の加工条件は、加工中砥石停止時間５秒、ローラ回転数２００ｒｐｍ、砥石巾３００ｍｍ、テープ研磨の加工条件は、研磨テープＮｏ１０００、テープ送り量は１０ｍｍ／ｍｉｎ、ローラ回転数１０００ｒｐｍである。
Ｅはトラバース研削した場合であり、加工条件は、加工時間は３０秒、砥石回転数１５００ｒｐｍ、ローラ回転数２００ｒｐｍ、砥石巾５０ｍｍである。
Ｆはトラバース研削した場合であり、加工条件は、加工時間は６０秒、砥石回転数１５００ｒｐｍ、ローラ回転数２００ｒｐｍ、砥石巾５０ｍｍである。
【００２６】
前記表に示すように、トナー規制ローラ３５の表面粗さをトナー平均粒径以下にすることによりトナー薄層の均一性や形成する画像の均一性に対して有効であることがわかる。また、プランジ゛研削を行うことは、トナー規制ローラ３５の表面粗さの低減に有効であることがわかる。なお、Ｂ，Ｃで加工した場合、トナー規制ローラ３５の表面に初期で円周スジが見られたが、円周スジの深さはＢで３μｍであったのに対して、Ｃでは５μｍであり、薄層均一性と画像均一性に対する差が生じる。まだ、Ｄではトナー規制ローラ３５表面に円周スジの発生は見られず薄層均一性と画像均一性ともに最も良好であった。
【００２７】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、現像ローラに付着した現像剤を一定厚さに規制する現像剤規制ローラを、芯金の表面に被覆され、外径が両端部から中央に向かって徐々に増大するクラウン形状で、表面粗さが現像剤平均粒径以下である弾性体層と、弾性体層の表面に樹脂膜で形成された表面層で形成することにより、現像ローラに対して全長にわたり均一な圧力で接触させることができ、現像剤規制ローラの軸方向の偏摩耗を防ぐことができる。また、現像ローラとの接触圧の分布を均一化することにより、現像ローラに対する現像剤規制ローラの連れ回り性の信頼性を向上させることができ、現像ローラと現像剤規制ローラを長期間安定して使用することができる。
【００２８】
この現像剤規制ローラのクラウン形状をプランジ研削加工で形成したり、プランジ研削加工した後、テープ研磨加工して形成することにより、現像剤規制ローラの円周方向に発生する円周スジや微小突起あるいはピンホールを低減して、現像ローラに付着した現像剤の薄層の均一性を向上させることができる。
【００２９】
この現像装置を使用した複写機やプリンタ等の画像形成装置は、均一な画像を長期間安定して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の画像形成装置の構成図である。
【図２】現像装置の構成図である。
【図３】トナー規制ローラの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１；画像形成装置、２；画像形成ユニット、３；給紙カセット、
４；読取ユニット、９；画像形成部、１０；定着部、１１；感光体、
１２；帯電チャージャ、１３；現像装置、１４；転写部、
１５；クリーニングユニット、１６；書込ユニット、３１；現像ローラ、
３２；トナー供給ローラ、３５；トナー規制ローラ、３８；芯金、
３９；弾性体層、４０；表面層。

Claims

像担持体に形成された潜像に現像剤を付着させて可視化する現像ローラと、現像ローラに現像剤を供給する現像剤供給ローラと、両端部を弾性部材の弾性力により押圧されて現像ローラに圧接し、現像ローラに付着した現像剤を一定厚さに規制する現像剤規制ローラとを有する現像装置において、
前記現像剤規制ローラは、芯金の表面に被覆され、外径が両端部から中央に向かって徐々に増大するクラウン形状で、表面粗さが現像剤平均粒径以下である弾性体層と、弾性体層の表面に樹脂膜で形成された表面層を有することを特徴とする現像装置。
前記現像剤規制ローラのクラウン形状をプランジ研削加工で形成した請求項１記載の現像装置。
前記現像剤規制ローラのクラウン形状をプランジ研削加工した後、テープ研磨加工して形成した請求項一記載の現像装置。
請求項一乃至３のいずれかに記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。