JP2008026392A - Developing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子写真方式による複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真式画像形成装置に着脱自在に搭載される現像装置に関する。 The present invention relates to a developing device that is detachably mounted on an electrophotographic image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a facsimile machine, or a printer.
電子写真方式による複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真式画像形成装置の現像装置には、現像ロールと、この現像ロールに当接した状態で保持されているトナー供給部材及びトナー規制部材とが組み込まれて使用されている。近年、カートリッジとして交換可能な現像装置が用いられているが、交換時の取り扱いの容易さのために現像装置の小型軽量化を図るようになり、現像ロールの芯金を小径化して、現像ロールの小径化、軽量化が図られている。しかしながら、特にこのように小型軽量化を図ったカートリッジとして交換可能な現像装置においては、現像装置と感光ドラムとを圧接させると、現像ローラの芯金がたわんでしまい、画像不良が生じるという問題があった。 A developing device of an electrophotographic image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a facsimile machine, or a printer includes a developing roll, a toner supply member held in contact with the developing roll, and a toner regulating member. Built in and used. In recent years, a developing device that can be replaced as a cartridge has been used. However, the developing device has been reduced in size and weight for ease of handling at the time of replacement. The diameter is reduced and the weight is reduced. However, particularly in a developing device that can be replaced as a cartridge that is reduced in size and weight as described above, if the developing device and the photosensitive drum are pressed against each other, the core of the developing roller is bent, causing a problem of image defects. there were.
そして、このような小型軽量化を図った現像ロールを使用した場合の画像不良を解決する技術として、正クラウン形状とした導電性ローラが提案されている(特許文献1参照)。この技術は導電性ローラの芯軸を小径化した場合の感光ドラムへの圧接の際の、芯軸のたわみによる導電性ローラと感光ドラムのニップ領域の不均一を改善しようとするものである。 As a technique for solving such image defects when using a developing roller that is reduced in size and weight, a conductive roller having a regular crown shape has been proposed (see Patent Document 1). This technique is intended to improve non-uniformity of the nip region between the conductive roller and the photosensitive drum due to the deflection of the core shaft when the diameter of the core shaft of the conductive roller is reduced.
しかしながら、上述したカートリッジとして交換可能な現像装置において、現像ロールを正クラウン形状としても、画像不良は解消されず、特許文献1とは異なる問題が生じていることが明らかとなった。
However, in the developing device replaceable as the cartridge described above, even when the developing roll has a regular crown shape, the image defect is not eliminated, and it has become clear that a problem different from that of
本発明は上述した事情に鑑み、小型軽量化を図ったカートリッジ方式の現像装置において、現像ローラの芯金のたわみによる画像不良を起こさない現像装置を提供することを課題とする。 In view of the above-described circumstances, an object of the present invention is to provide a developing device that does not cause image defects due to the deflection of the core of the developing roller in a developing device of a cartridge type that is reduced in size and weight.
前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、上述した画像不良はカートリッジとして交換可能な現像装置に組み込まれた現像ロールの芯金、特に直径が8mm以下の芯金が、トナー供給部材としてのトナー供給ロールやトナー規制部材としての現像ブレードによる押圧力によりその芯金の中央部が感光ドラムの方へ凸となるように微小にたわんでいることが原因であり、このように芯金がたわんだ状態で現像ロールを組み込んだ現像装置を用いた場合、現像ロールの両端部において感光ドラムとのニップ幅の不足が生じ、これが画像不良となることを知見し、本発明を完成させた。 As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, the above-mentioned image defect is caused by a core member of a developing roll incorporated in a developing device that can be replaced as a cartridge, particularly a core member having a diameter of 8 mm or less as a toner supply member. This is because the central part of the cored bar is slightly bent so as to protrude toward the photosensitive drum due to the pressing force of the toner supply roll and the developing blade as the toner regulating member. When a developing device incorporating a developing roll in a bent state was used, it was found that the nip width with the photosensitive drum was insufficient at both ends of the developing roll, which resulted in an image defect, and the present invention was completed.
かかる本発明の第1の態様は、芯金の周囲に弾性層を有する現像ロールと、この現像ロールに当接されるトナー供給部材及びトナー規制部材の少なくとも一方とを具備すると共に電子写真式画像形成装置に着脱自在に設けられる現像装置であって、前記現像ロールの前記弾性層が逆クラウン形状を有し、且つ当該現像ロールは前記トナー供給ロール及び現像ブレードの押圧力により芯金がたわんだ状態で保持されており、前記現像ロールの感光体との接触領域の長手方向両端部の半径方向の表面位置を基準とした中央部の半径方向の表面位置は、凸方向を+で表した場合、0μm〜+50μmの範囲となることを特徴とする現像装置にある。 The first aspect of the present invention includes a developing roll having an elastic layer around a core metal, and at least one of a toner supply member and a toner regulating member that are in contact with the developing roll, and an electrophotographic image. A developing device detachably provided in a forming device, wherein the elastic layer of the developing roll has a reverse crown shape, and the developing roll is bent by a pressing force of the toner supply roll and the developing blade. The surface position in the radial direction of the central portion with respect to the radial surface position of both ends in the longitudinal direction of the contact area of the developing roll with the photosensitive member is expressed as + in the convex direction. The developing device is in the range of 0 μm to +50 μm.
本発明の第2の態様は、第1の態様に記載の現像装置において、前記弾性層の長手方向両端部の直径と中央部の直径との差である逆クラウン量が、55μm未満であることを特徴とする現像装置にある。 According to a second aspect of the present invention, in the developing device according to the first aspect, the amount of reverse crown, which is the difference between the diameters at both ends in the longitudinal direction of the elastic layer and the diameter at the center, is less than 55 μm. In the developing device.
本発明の第3の態様は、第1又は2の態様に記載の現像装置において、前記芯金の支持端部に対する長手方向中央部の半径方向への突出量であるたわみ量が、8μm〜130μmであることを特徴とする現像装置にある。 According to a third aspect of the present invention, in the developing device according to the first or second aspect, a deflection amount that is a protruding amount in a radial direction of a central portion in the longitudinal direction with respect to the support end portion of the core metal is 8 μm to 130 μm. The developing device is characterized by the above.
本発明は、前記弾性層の長手方向中央部から端部に向かって直径が漸大する逆クラウン形状を有する現像ロールを用い、且つ当該小径化された現像ロールを前記トナー供給ロール及び現像ブレードの押圧力により芯金がたわんだ状態で保持されている現像装置としたので、現像ロールの小径化による装置の小型化を実現し、且つ現像ロールの長手方向全体に亘って感光ドラムとのニップが均一になり、良好な画像を得ることができるという効果を奏する。 The present invention uses a developing roll having an inverted crown shape whose diameter gradually increases from the longitudinal center to the end of the elastic layer, and uses the developing roll reduced in diameter as the toner supply roll and the developing blade. Since the developing device is held in a state in which the core metal is bent by the pressing force, the device can be downsized by reducing the diameter of the developing roll, and the nip with the photosensitive drum is formed over the entire length of the developing roll. There is an effect that it becomes uniform and a good image can be obtained.
図1は、本発明の一実施形態に係る現像装置の断面を概略的に示す図である。図1に示すように、本実施形態の現像装置1は、トナーを内蔵したカートリッジタイプのものであり、カートリッジ本体10の開口部11に、現像ロール20を具備するものであり、カートリッジ本体10の内部には、現像ロール20に当接した状態でトナー供給部材としてのトナー供給ロール30とトナー規制部材としての現像ブレード40とが組み込まれている。なお、トナー供給部材としてはトナー供給ロールの他、トナー供給ブレードやトナー供給ベルトなどがあり、また、トナー規制部材としては、現像ブレードの他、トナー規制ロールなどがあり、特に限定されず、また、トナー供給部材及びトナー規制部材の何れか一方のみが設けられている場合もある。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of a developing device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the developing
現像ロール20は、基本的に、鉄、ステンレス鋼等の金属で作製された円柱状の導電性ロール本体(芯金)21と、この芯金21の面長部の外周面を実質的に全面的に覆うように設けられた弾性層22とを具備する。
The developing
弾性層22は、弾性ポリマー材料をベースとし、これにカーボンブラック、金属粉末等の導電性付与剤を配合した導電性の弾性ポリマー材料により形成される。ベースの弾性ポリマー材料としては、シリコーンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、シリコーン変性エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム材料、または熱可塑性ウレタン樹脂等の熱可塑性エラストマーを用いることができる。本発明において好ましいベースポリマー材料は、合成ゴム材料である。また、導電性付与剤は、弾性層21が102〜1010Ω・cmの体積抵抗値を示すような量的割合でベースポリマー材料に配合することが好ましい。さらに、弾性層22は、20゜〜60゜のJIS A硬度を有することが好ましい。
The
また、現像ロール20は感光体ドラムやトナー規制部材とニップ部を形成して接触するので、弾性層22の圧縮歪が大きいと、ニップ跡が現像ロール20に残ってしまい、画像に悪影響を与える。したがって、弾性層22を構成する材料は、25%圧縮負荷の下に70℃で22時間置かれた後に、5%以下の圧縮永久歪を示すことが最も好ましいが、実用のレベルとして当該圧縮永久歪が10%以下であれば支障なく使用することができる。
Further, since the developing
なお、弾性層22の表面には、図示しない被覆層が設けられていてもよい。かかる被覆層は、例えば、イソシアネート化合物と、反応性シリコーンオイルと、ポリオールとを反応させて得られるウレタンシリコーンなどから形成される。また、被覆層は、100%以上、好ましくは130%以上の破断点伸びを有するのが好ましい。被覆層が100%以上の破断点伸びを有することにより、中速以上の速度での使用に際しても、被覆層は、下地の弾性層22の変形に追従することができ、トナー漏れを効果的に防止することができるからである。
Note that a coating layer (not shown) may be provided on the surface of the
ここで、本発明の現像ロール20の弾性層22は、図2に示すように、長手方向中央部から端部に向かって直径が漸大する逆クラウン形状を有する。すなわち、弾性層22の長手方向中央部D2の直径が一番小さく、中央部から端部に近いほど直径が徐々に大きくなって両端のD1及びD3が最大となる、いわゆる逆クラウン形状を有する。
Here, as shown in FIG. 2, the
また、本発明の現像ロール20は、芯金21が、例えば、8.0mm以下、好ましくは、6.5mm〜7.5mm程度の直径であり、且つ上述したトナー供給ロール30及び現像ブレード40がかなりの力で現像ロール20に押圧された状態でカートリッジ本体10に組み込まれているので、現像ロール20は、芯金21が前記トナー供給ロール30及び現像ブレード40の押圧力によりたわんだ状態で保持されている。
Further, in the developing
この状態を図3に模式的に示す。図3に図示するのは、現像ロール20とトナー供給ロール30であるが、現像ロール20の芯金21がトナー供給ロール30とは反対方向に向かって凸となるようにたわんでいる状態を示している。
This state is schematically shown in FIG. FIG. 3 shows the developing
このように現像ロール20は芯金21がたわんだ状態でカートリッジ本体10に組み込まれているので、カートリッジ本体10の開口部11から露出した弾性層22の外周面は長手方向に亘って略直線状となっている。すなわち、カートリッジ本体10の開口部11は、現像ロール20と感光体50との接触領域であり、この領域の外周面の半径方向の表面位置が長手方向に亘って略直線状となっている。
As described above, since the developing
ここで、現像ロール20の感光体50との接触領域において表面位置が長手方向に亘って略直線状となる状態は、長手方向両端部の半径方向の表面位置を基準とした中央部の半径方向の表面位置は、凸方向を+で表した場合、0μm〜+50μmの範囲となるのが好ましい。感光体50とのニップ量を長手方向に亘って均一にとることができ、画像不良の原因となるニップ不良が防止できるからである。なお、中央部の表面位置が−となると、中央部でニップ不良が生じやすく、一方、中央部の表面位置が+50μmを越えると、両端部でニップ不良が生じやすくなる。
Here, the state in which the surface position in the contact area of the developing
このような現像装置を製造するためには、現像ロール20の芯金21のたわみ量と、弾性層22の逆クラウン量とを所定の範囲に設定する必要がある。
In order to manufacture such a developing device, it is necessary to set the deflection amount of the
現像ロール20の芯金21のたわみ量は芯金21の太さや材質、並びにトナー供給ロール30や現像ブレード40の押圧力に依存するが、現像ロール20がトナー供給ロール30や現像ブレード40から受ける押圧力は通常500〜1000g程度であり、A4サイズの芯金21を外径10〜6mmのSUM材としたときの支持端部に対する長手方向中央部の半径方向への突出量であるたわみ量を均等荷重の計算式で計算すると、約8μm〜130μmとなる。
The amount of deflection of the
これに対し、現像ロール20の弾性層22の長手方向両端部の直径と中央部の直径との差である逆クラウン量は、55μm未満とするのが好ましい。これより大きくなると、画像不良が生じるからである。また、逆クラウンが全くない状態でも画像不良となるので、最低限2μm程度、好ましくは5μm程度の逆クラウン量とする必要がある。
On the other hand, the reverse crown amount, which is the difference between the diameters at both ends in the longitudinal direction of the
よって、このような逆クラウン形状の現像ロール20を用い、芯金21をたわんだ状態で組み込んだ現像装置では、現像ロール20の弾性層22の長手方向両端部の半径方向の表面位置を基準とした中央部の半径方向の表面位置は、凸方向を+で表した場合、0μm〜+50μmの範囲となるのが好ましい。
Therefore, in a developing device using such an inverted crown-shaped developing
なお、このような逆クラウン形状の弾性層22を有する現像ロール20の製造方法は特に限定されない。例えば、弾性層となる筒状体を押出成形して所定の長さに切断した後、筒状体内に芯金を圧入し、その後、逆クラウン形状に研磨して弾性層としてもよいし、弾性層を金型で成型し、その後、逆クラウン形状に研磨しても良いし、または、逆クラウン形状の弾性層を金型で成形してもよい。また、何れの場合にも、クラウン形状の弾性層とした後、必要に応じて被覆層を設けることができる。
In addition, the manufacturing method of the
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はそれら実施例により限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited by these Examples.
<実施例1〜3>
(現像ロールの製造)
シリコーンゴムとしてカーボンブラックが配合された未硬化シリコーンゴム材料(東レ・ダウコーニング社製DY32-4036)を用い、これをチューブ状に押し出し、400℃で2分間硬化(1次硬化)させた後、所定の長さに切断し、200℃で4時間硬化(2次硬化)させ、内径が6.5mmで外径が20mmのチューブを作成した。
<Examples 1-3>
(Manufacture of developing roll)
Using an uncured silicone rubber material (DY32-4036 manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) containing carbon black as a silicone rubber, this was extruded into a tube shape and cured at 400 ° C. for 2 minutes (primary curing). The tube was cut to a predetermined length and cured (secondary curing) at 200 ° C. for 4 hours to produce a tube having an inner diameter of 6.5 mm and an outer diameter of 20 mm.
このチューブを、直径7.5mmのSUM22からなる芯金に圧縮空気を用いて圧入し、チューブ表面を下記表に示すような所定の逆クラウン形状に研磨し、面長234mmのロールとした。 This tube was press-fitted into a metal core made of SUM22 having a diameter of 7.5 mm using compressed air, and the tube surface was polished into a predetermined reverse crown shape as shown in the following table to obtain a roll having a surface length of 234 mm.
一方、フッ素含有ポリオール(ダイキン工業社製ゼッフル)100重量部、導電性カーボンブラック(キャボット社製)5重量部、酢酸ブチル300重量部を分散機で分散し、これに揮発性シリコーンオイル(信越化学工業社製KF96L)5重量部を加えて主剤とし、この主剤と、硬化剤としてのウレタン変性ヘキサメチレンジイソシアネート(旭化成工業社製)とを、主剤のヒドロキシル基の当量と硬化剤中のイソシアネート基の当量とが1:1となるように配合してコーティング材を調製した。 On the other hand, 100 parts by weight of a fluorine-containing polyol (Daikin Kogyo Zeffle), 5 parts by weight of conductive carbon black (Cabot) and 300 parts by weight of butyl acetate are dispersed by a disperser, and volatile silicone oil (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) is dispersed therein. 5 parts by weight of KF96L manufactured by Kogyo Co., Ltd. is used as a main agent, and this main agent and urethane-modified hexamethylene diisocyanate (manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd.) as a curing agent The coating material was prepared by blending so that the equivalent weight was 1: 1.
このコーティング材を上記のロール表面に厚さが10μmにスプレー塗装し風乾後160℃で40分加熱し、実施例1〜3の被覆層を持つ現像ロールを得た。 This coating material was spray-coated on the roll surface to a thickness of 10 μm, air-dried, and then heated at 160 ° C. for 40 minutes to obtain developing rolls having coating layers of Examples 1 to 3.
<比較例1〜5>
実施例と同様に製造したチューブ表面を下記表に示すような所定の逆クラウン形状に研磨し、ロールとし、実施例と同様に被覆層を形成して比較例1〜5の現像ロールを得た。
<Comparative Examples 1-5>
The tube surface produced in the same manner as in the examples was polished into a predetermined reverse crown shape as shown in the following table to form a roll, and a coating layer was formed in the same manner as in the examples to obtain development rolls of Comparative Examples 1 to 5. .
<試験例1> (現像ロール外径測定)
レーザ測長機(東京光電子社製RSV15100)を用いて両端部より27mmの位置と中央部を含め19箇所を測定し(mm)、逆クラウン量Cを測定した。結果を図4〜図11及び表1に示す。なお、逆クラウン量は以下の通りである。
<Test Example 1> (Development roll outer diameter measurement)
Using a laser length measuring device (RSV15100 manufactured by Tokyo Kodenshi Co., Ltd.), 19 locations including the position of 27 mm and the central portion from both ends were measured (mm), and the reverse crown amount C was measured. The results are shown in FIGS. The reverse crown amount is as follows.
逆クラウン量C(μm)=[(D1+D3)/2−D2]×1000 Reverse crown amount C (μm) = [(D1 + D3) / 2−D2] × 1000
<試験例2>(現像装置に組み込まれた現像ロールのたわみ測定)
実施例1〜3及び比較例1〜5の各現像ロールをトナーユニット(現像装置):TN-350(ブラザー工業社製プリンターHL-2040用)に組み込んで現像装置とした。
<Test Example 2> (Measurement of deflection of developing roll incorporated in developing device)
The developing rolls of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5 were incorporated into a toner unit (developing device): TN-350 (for Brother HL-2040 printer) to form a developing device.
そして、無負荷の現像ロール、並びに現像装置に組み込まれた現像ロールの表面位置を下記の通り測定して、たわみを測定した。 Then, the surface position of the unloaded developing roll and the developing roll incorporated in the developing device was measured as follows to measure the deflection.
たわみ測定:表面粗さ計(東京精密社製サーフコム1400D)で測定長さ180mm、JIS82規格で断面測定を行い、6mm/sec、500倍で測定した。 Deflection measurement: The surface length was measured with a surface roughness meter (Surfcom 1400D manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.), the measurement length was 180 mm, and the cross section was measured according to JIS 82 standard, and the measurement was performed at 6 mm / sec and 500 times.
結果は図12〜図19に示す。 The results are shown in FIGS.
また、両端の変位(変位A、Cとする)と、中央部の変位(変位Bとする)から、以下の式によりたわみを算出した。なお、各変位A〜Cは、それぞれ周方向の異なる5箇所で測定した平均値とした。 Further, the deflection was calculated from the displacement at both ends (displacements A and C) and the displacement at the center (displacement B) by the following equation. In addition, each displacement AC was taken as the average value measured at five places where circumferential directions differ, respectively.
たわみ(μm)=(変位A+変位C)/2−変位B Deflection (μm) = (Displacement A + Displacement C) / 2−Displacement B
<試験例3>(画像評価試験)
現像装置をブラザー工業社製プリンターHL-2040に組み込み、A4サイズで10枚のハーフトーンの画像を印刷し、目視にて画像を確認し、以下の評価を行った。
<Test Example 3> (Image Evaluation Test)
The developing device was incorporated into a printer HL-2040 manufactured by Brother Industries, Ltd., 10 halftone images were printed in A4 size, the images were visually confirmed, and the following evaluation was performed.
評価の判断基準:○ 濃度差が無く、良好
△ 濃度差はあるが使用上問題なし
× 濃度差がありNG
Evaluation criteria: ○ No difference in density, good
△ There is a difference in concentration, but there is no problem in use.
× NG due to concentration difference
(試験の結果)
試験例1及び2の結果、逆クラウン量が5、25、50μmの実施例1〜3の現像ロールを用いた現像装置では、たわみが45、28、5μmと、それぞれ現像ロールの長手方向中央部が突出した状態となり、画像評価は良好であった。一方、表面がストレートに研磨された比較例1の現像ロールを用いた現像装置では、たわみが50μmとなり、特に幅方向両端側の濃度が薄く、画像不良となった。また、クラウン形状を有する比較例2、3の現像ロールを用いた現像装置では、たわみが53、60μmと大きくなり、幅方向両端部の画像がさらに悪くなった。一方、逆クラウン量を55μm、60μmとした比較例4、5の現像ロールを用いた現像装置では、たわみが0、−2μmとなり、フラットに近い状態であったが、幅方向中央部の濃度が薄くなる傾向となり、画像不良であった。
(Test results)
As a result of Test Examples 1 and 2, in the developing device using the developing rolls of Examples 1 to 3 whose reverse crown amounts are 5, 25, and 50 μm, the deflections are 45, 28, and 5 μm, respectively. The image evaluation was good. On the other hand, in the developing device using the developing roll of Comparative Example 1 whose surface was polished straight, the deflection was 50 μm, and the density was particularly low at both ends in the width direction, resulting in an image defect. Further, in the developing device using the developing rolls of Comparative Examples 2 and 3 having a crown shape, the deflection was increased to 53 and 60 μm, and the images at both ends in the width direction were further deteriorated. On the other hand, in the developing devices using the developing rolls of Comparative Examples 4 and 5 in which the reverse crown amounts were 55 μm and 60 μm, the deflection was 0 and −2 μm, which was almost flat, but the density at the center in the width direction was There was a tendency to be thin and the image was defective.
以上の結果より、所定範囲の逆クラウン形状の現像ロールを用いて、その芯金をたわんだ状態で保持した現像装置は、画像を犠牲にすることなく、軽量小型化を実現することができることが明らかとなった。 From the above results, the developing device that holds the core metal in a bent state using the reverse-crown-shaped developing roll in a predetermined range can achieve a light weight and a small size without sacrificing the image. It became clear.
10 カートリッジ本体
20 現像ロール
21 導電性ロール本体(芯金)
22 弾性層
30 トナー供給ロール
40 現像ブレード
10
22
Claims (3)
3. The developing device according to claim 1, wherein a deflection amount which is a protruding amount in a radial direction of a central portion in a longitudinal direction with respect to a support end portion of the core metal is 8 μm to 130 μm.
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