JP3576771B2

JP3576771B2 - 現像装置

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Publication number: JP3576771B2
Application number: JP27404897A
Authority: JP
Inventors: 和重西山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-10-07
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2017-10-07
Also published as: JPH11109746A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真方式等にて静電潜像担持体に潜像を形成し、静電潜像を可視像化する現像装置に関するものであり、例えば電子写真方式プリンター、複写機などの現像装置にかかわる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、静電潜像担持体を一様帯電する帯電手段と静電潜像を形成するための露光手段と該静電潜像を可視化する現像手段を有し、該現像剤像を転写装置により転写材に転写し、静電潜像担持体上の残現像剤をクリーニング装置により、除去する画像形成装置が知られている。図７によりこれを説明する。画像形成装置は静電潜像担持体として例えば感光ドラム１を有し、感光ドラム１は表面にＯＰＣ、ａ−Ｓｉ等の光導電層を備え、時計周りに回転される。この感光ドラム１の表面を、一次帯電器３により例えば−５００Ｖに一様帯電する。ついで、画像露光１２を行って、感光ドラム１上に静電潜像を形成する。画像露光１２には、たとえばアナログ露光や半導体レーザーあるいはＬＥＤアレーが用いられる。次に、現像器２により正規現像あるいは反転現像して、トナー像として可視化する。その後、矢印方向に進む転写材に転写帯電器４により転写し、定着器７に送ってトナー像を定着し定着画像が得られる。そして近年ではデジタル化が進み、更なる高画質化、高耐久化が要求されてきている。そこで、現像装置としてもスリーブ周期で発生するゴースト画像をなくす目的で、現像剤担持体のスリーブの上に主に樹脂よりなる膜を形成し、現像剤のトリボのチャージアップを防いでいる。
【０００３】
このように現像剤担持体表面にコート処理をした現像装置を用いて、静電潜像担持体上に形成された静電潜像を可視像化する現像装置が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では以下のような問題点があった。
【０００５】
現像スリーブとフランジを共にＳＵＳにすると、材料費によりコストが高くなっていた。そして高速機では感光体としてａ−Ｓｉを用いる場合は高温／高湿度（３０℃／８０％）環境の画像ながれ対策としてヒーターをａ−Ｓｉドラム内部にいれるために、現像剤担持体のドラム対向面は４０℃くらいに熱せられ、一方その反対の面はＳＵＳの熱伝導が良くないため常温２５℃であり、このためにＳＵＳスリーブが熱による偏心をして結果としてスリーブピッチのムラ画像が生じてしまっていた。
【０００６】
また、現像スリーブとフランジを共にＡｌにすると、熱伝導が良いために熱による偏心がほとんどないことからスリーブピッチのムラはなくなるが、フランジがＡｌでは軸の耐磨耗性が悪く現像担持体の寿命である１００万枚持たずに、フランジの軸が現像剤担持体の寿命を縮めていた。また、高速モータより連結されるスリーブ駆動部（スリーブフランジ軸部）またはスリーブと感光体の隙間保持部において、高速回転によって生じるフランジ軸部の温度上昇がスリーブの画像領域部に伝わるとトナー特性の熱による劣化を促進し、これが画像濃度低下となって現れていた。
【０００７】
また、現像剤担持体表面に膜を形成する際に１００℃以上に加熱し、乾燥させたスリーブの材質とフランジの材質が異なる場合（例えば、ＳＵＳとＡｌなど）、加熱時にスリーブとフランジの接合部で両者の線膨張率が異なるために接着剤、かしめ、圧入などで接合しても隙間ができてしまい冷却後は隙間ができて接合力が弱くなり、規格のトルク値２００ｋｇｆに対して非常に弱い３０ｋｇｆ程度になって現像器回転中にフランジとスリーブがはずれてしまい、画像がでなくなるといった問題が生じていた。
【０００８】
また、現像スリーブをＡｌにし、フランジをＳＵＳにして、その接合部分のはめあいをマイナスにして強引にねじ込んでも現像剤担持体の加熱後のスリーブとフランジのトルクの低下は避けられず、かつスリーブの両端部分（接合部分）が膨らんで画像形成をしようとして現像剤担持体に現像バイアスを印加すると、ドラムと現像剤担持体とのギャップが両端で小さくなってしまうためにリークするといった問題が生じていた。
【０００９】
本発明の目的は、静電潜像担持体を一様帯電する帯電手段と静電潜像を形成するための露光手段と該静電潜像を可視化する現像装置において、ゴースト画像やスリーブピッチむらのない高画質画像を実現すると共に現像剤担持体回転時の必要トルクを満足し、かつフランジの耐磨耗性を向上させ、スリーブの画像部の温度上昇を防ぐことで濃度維持ができ、かつ現像剤担持体の寿命の長い現像装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、静電潜像担持体を一様帯電する帯電手段と静電潜像を形成するための露光手段と該静電潜像を可視化する現像装置であって、
複数の磁極よりなるマグネットロールと、その外周を覆う非磁性であるスリーブからなる現像剤担持体と、該現像剤担持体を支持するフランジとを有し、前記現像剤担持体に前記フランジが取付けられた状態において加熱により該現像剤担持体表面に導電性粒子を含む樹脂層が形成された現像装置において、
前記フランジは３種類以上の金属部材より構成され、その並び方はスリーブより距離が離れる順序でその線膨張率が小さくなるようにし、該フランジを構成する部分のうち該フランジのスリーブに当接する部分は、スリーブと線膨張率の差が５（Ｋ^-1）以下の金属より構成し、かつ該フランジのスリーブに当接しない部分を構成する金属よりも熱伝導率が大きいことを特徴とする現像装置に関する。なお、後述の実施例２が上記構成に直接対応している。
【００１１】
上記構成の本発明により、ゴースト画像やスリーブピッチむらのない高画質画像を実現すると共に現像剤担持体回転時の必要トルクを満足し、かつフランジの耐磨耗性を向上させ現像剤担持体の寿命の長い現像装置を提供することができる。
【００１２】
また、高速モータより連結されるスリーブ駆動部（スリーブフランジ軸部）またはスリーブと感光体の隙間保持部において、高速回転によって生じるフランジ軸部の温度上昇がスリーブの画像領域部に伝わるのを防止し、スリーブの画像部の温度上昇を防ぐことで濃度維持ができるようにした現像装置を提供することができる。
【００１３】
また、上記フランジを構成する金属が３種類以上からなり、その並び方をスリーブより距離が離れる順序でその線膨張率が小さくなることにより、スリーブとフランジの接合を更に強化し、現像剤担持体回転中のトルクを維持し回転ムラがないようにした現像装置を提供することができる。
【００１４】
また、上記現像剤担持体表面に形成する導電性を含む樹脂層の構成はエポキシ樹脂またはフェノール樹脂を樹脂層としこれにＴｉＯ_２または結晶性グラファイトを含む構成であることを特徴とする現像装置を提供することができる。
【００１５】
また、上記現像剤担持体を支持するフランジを構成する金属の接着方法が溶接によるか、もしくは金属の軸を作製した後、型に別の金属を流し込み冷却させてダイキャスト接合することにより、スリーブとフランジの接合を更に強化し、現像剤担持体回転中のトルクを維持し回転ムラがないようにした現像装置を提供することができる。
【００１６】
また、上記現像剤担持体を支持するフランジを構成する金属の接着方法がローレット接合であることにより、スリーブとフランジの接合を更に強化し、現像剤担持体回転中のトルクを維持し回転ムラがないようにすると共に低コストな現像装置を提供することができる。
【００１７】
更に、上記現像剤担持体を支持するフランジを構成する金属が現像剤担持体の軸部分とスリーブとの接合部分とで金属の種類が異なることにより、スリーブとフランジの接合を更に強化し、現像剤担持体回転中のトルクを維持し回転ムラがないようにすると共に低コストでシンプルな現像装置を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［実施例１］
本実施例では、図７に示す画像形成システムで感光体としてａ−Ｓｉドラムを用いたデジタル複写機について説明する。この感光ドラム１の表面を、一次帯電器３により＋５００Ｖに一様帯電する。ついで、波長６８０μｍの半導体レーザーで６００ｄｐｉでＰＷＭによる露光１２を行って、感光ドラム１上に静電潜像を形成する。次に、現像装置２により反転現像し、トナー像として可視化する。現像剤はポジ磁性一成分トナーを用いジャンピング現像をする。現像バイアスは、２０００Ｈｚ，１５００Ｖｐｐ，Ｄｕｔｙ５０％の交流電圧に＋４００Ｖの直流電圧を重畳したバイアス電圧を印加する。Ｓ−Ｂｇａｐは２５０μｍ、Ｓ−Ｄｇａｐは２５０μｍとした。その後、ポスト帯電器で総電流＋２００μＡ流してトナー像を帯電させた後、矢印方向に進む転写材に転写帯電器４により転写し、定着器７に送ってトナー像を定着する。現像装置２は図６に示す構成である。それでは現像スリーブについて説明する。
【００１９】
現像スリーブは図８に示すように、スリーブ素管に２０φのＡｌを用い、その肉厚は０．８ｍｍとし、その表面に熱硬化性のエポキシ樹脂とＴｉＯ_２およびカーボンを１００：４０：３の割合で混合した膜を作製する。膜の構成はスリーブゴースト、トナーへの帯電付与性、耐久性、膜の均一性（導電材の分散性）より、樹脂Ｂと導電部材（カーボン、ＴｉＯ_２、グラファイト等）Ｐの比がＰ／Ｂ＝１／１．０〜３．０が好ましい。膜厚は５〜２０μｍが上記項目に対して好ましい。これはスリーブゴーストを軽減するためにトナーの帯電のチャージアップをなくすためである。現像スリーブに上記膜を塗布した後、乾燥器により１７０℃で４０分加熱し乾燥する。スリーブ素管に膜を形成した後、マグネットロールをいれてフランジを組付ける方法も考えられるが、スリーブの振れを２０μｍに抑えることは非常に困難であるため、組上がったスリーブにコートをする方法をとる。現在のようなデジタル画像形成装置など高画質を前提とした場合、スリーブによるゴースト画像を防止するために、上記の様なコートは不可欠となる。
【００２０】
更に高速機は高耐久なａ−Ｓｉ感光ドラムを用い、高湿度環境下での画像流れ防止のためにドラムヒーターをつけているために、現像スリーブのドラム対向面が熱膨張してスリーブの振れが大きくなり、結果としてハーフトーン画像のスリーブピッチむらとなっていた。これは熱伝導が悪いＳＵＳスリーブの場合特に悪い。それに対して熱伝導のよいＡｌだと非常に軽減される。ただし、フランジが従来のＳＵＳのままでＡｌスリーブ素管を用いると、コートを作製する際の乾燥工程で熱をかけるとスリーブとフランジの接合部でいくら強力な接着剤を用いても、表１に示すようにスリーブのＡｌとフランジのＳＵＳとの線膨張率が違い、Ａｌが膨張しやすく、ＳＵＳが膨張しずらいために隙間ができ、接合部の強度が落ち、画像形成装置での耐久で回転トルクが低いためにスリーブとフランジがはずれてしまっていた。また、機械的にフランジとスリーブのはめ合いをマイナスにしてＡｌ素管にＳＵＳフランジを強引にねじ込むと、ねじ込んだ位置のスリーブ素管がふくらんでスリーブ両端が膨れ上がり、結果としてドラムとスリーブ両端の間が近づくためにリーク画像を生じてしまう。一方、フランジがＡｌだと耐久時に軸部分が軸を支持するベアリング部分で摩擦のために削れてしまい、ベアリングがスリーブの定期交換時にとれなくなり交換できなくなってしまう。
【００２１】
以上のことをまとめて表２に構成における比較を示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
【表２】

【００２４】
そこで本実施例ではスリーブ素管（２Ａ−０）にＡｌのＡ６０６３を用い、フランジは図１（ａ），（ｂ）のようにフランジ軸（２Ａ−２）がＳＵＳ３０４よりなり、ＳＵＳの軸を作製した後、フランジの鋳型に入れてダイキャストで２Ａ−１部分をＡ２０１７で作製し、金属結合をさせる。このようにスリーブ素管と同じないし類似（熱的な線膨張率）な金属にすることにより、コート乾燥時の加熱（１７０℃）後も熱膨張の差による接合部のトルクが落ちることがなく（ＡｌスリーブにＳＵＳフランジではＡｌの方が線膨張率が大きいために加熱時に隙間ができトルクが落ちる；下記（ａ），（ｂ）参照）、耐久後のフランジの軸が削れてしまうことがなく（ＡｌスリーブにＡｌフランジではフランジ磨耗が大；下記（ｃ）参照）、１００万枚の耐久性があり、画像としてはスリーブピッチむら、スリーブゴーストがないデジタル高画質現像装置を高速機において提供できた（下記（ｄ）参照）。また、高速モータより連結されるスリーブ駆動部（スリーブフランジ軸部）またはスリーブと感光体の隙間保持部において、高速回転によって生じるフランジ軸部の温度上昇がスリーブの画像領域部に伝わるとトナー特性の熱による劣化を促進し、これが画像濃度低下となって現れていたのが、本実施例の構成をとることでフランジ軸部の熱伝導率がスリーブ部よりも小さい材質にすることによって、高速機に特有な端部からの昇温によってスリーブの画像部の温度が上がり、しいてはトナーの温度を上げてトナーの熱劣化による濃度低下を防ぐことができた。
【００２５】

【００２６】
なお、好ましい熱伝導率差及び線膨張率差は、表３及び４に示したようにスリーブとフランジの耐トルク性（規格２００ｋｇｆ）と端部昇温（フランジ軸部）より発生するトナーの熱的な現像性低下（濃度低下）の観点より熱伝導率差５０Ｗ／ｍ．Ｋ以内、線膨張率差５Ｋ^−１以内が好ましい。
【００２７】
本発明において、熱伝導率はＪＩＳＲ１６１１（レーザーフラッシュ法）によって測定した値である。
【００２８】
本発明において、線膨張率はＪＩＳＫ６９１１により測定した。
【００２９】
【表３】

【００３０】
【表４】

【００３１】
［実施例２］
画像形成装置は実施例１と同様であるが８０枚のアナログ機であり、露光はアナログ露光で画像を形成し、トナーはネガトナー（６μｍ）を用いた。ポスト帯電器には、総電流−２５０μＡを流してトナー像を帯電させた後転写する。スリーブは３０φのＡｌスリーブ素管にＡ６０６３を用いた。その肉厚は０．８ｍｍとし、その表面にエポキシ樹脂とＴｉＯ_２およびカーボンを１００：４０：３の割合で混合した膜を作製する。
【００３２】
本実施例では線膨張の違いによる現像スリーブのコート乾燥時の熱膨張による応力歪をできるだけ少なくするために、フランジを３種類の金属による構成にした。一番スリーブ側には図２（２Ａ−３）のＡｌのＡ２０１７を用い、熱による線膨張率の約半分のＳＵＳ（表１参照）を直接接合するのではなく、本実施例では間に図２に示すように２Ａ−４の銅（Ｃｕ線膨張率１６．２×１０^−６（Ｋ^−１））を挟んだ。作製方法はダイキャストで作った。そして２Ａ−４の上に２Ａ−５のＳＵＳのキャプをはめ込んだ。
【００３３】
このようにフランジを複数金属より構成し、かつその並べる並び方をスリーブより距離が離れる順序でその線膨張率が小さくなるようにすることで、乾燥時の加熱による応力歪やトルクや間合部の精度変化をより少なくできる。ＳＵＳのキャプはＳＵＳ３０４より作製した。このようにすることにより、コート乾燥時の加熱（１７０℃）後も熱膨張の差による接合部のトルクが落ちることなく、耐久後のフランジの軸が削れてしまうことがなく、１００万枚の耐久性があり、画像としてはスリーブピッチむら、スリーブゴーストがないデジタル高画質現像装置を高速機において提供できた。
【００３４】
［実施例３］
画像形成装置は実施例１と同様であり、作像工程も説明は省略する。本実施例ではスリーブ表面に熱硬化性フェノール樹脂、導電性グラファイト、カーボンを１００：４５：５の組成比にした膜でコートする。スリーブの材質はＡｌのＡ２０１１で、図３のようにフランジはＳＵＳ３０３の軸（２Ａ−７）とＡｌのフランジ部分（２Ａ−６）をローレットによる接合で取り付けて接合部でのトルクを保証するとともに、フランジの軸部での耐磨耗性を保証した。
【００３５】
本構成にすることにより、より更に低コストでかつ製造しやすく、１００万枚の耐久寿命をもち、画像としてはスリーブピッチむら、スリーブゴーストのないデジタル高画質現像装置を高速機において提供できた。
【００３６】
［実施例４］
画像形成装置は実施例１と同様であり、作像工程の説明は省略する。本実施例ではスリーブ表面にフェノール樹脂、導電性グラファイト、カーボンを１００：４５：５の組成比にした膜でコートする。スリーブ素管はＡ６０６３でその表面にＦＧＢ＃３００（ＦｉｎｅＧｌａｓｓＢｅａｄｓ）で表面粗さをＲｚ３．５μｍにしたあとコーティングする。本実施例では図４−１、図４−２に示すようにフランジの軸のＳＵＳの部分（２Ａ−９）を両フランジとも増やして現像時のスリーブ回転中の安定性、耐久性を増す構成にした。ＳＵＳ部（ＳＵＳ３０３）とＡｌ部（Ｓ２０１７）（２Ａ−８）はダイキャスト法で軸を作製した後、Ａｌを流し込み金属結合で接合している。
【００３７】
本構成にすることにより、現像スリーブ回転中の安定性があり、１００万枚の高耐久な寿命をもち、画像としてはスリーブピッチむら、スリーブゴーストのないデジタル高画質現像装置を高速機において提供できた。
【００３８】
［実施例５］
画像形成装置は実施例１と同様であり、作像工程の説明は省略する。本実施例ではスリーブ表面にフェノール樹脂、導電性グラファイト、カーボンを１００：４５：５の組成比にした膜でコートする。スリーブ素管はＡ６０６３でその表面にＦＧＢ＃３００（ＦｉｎｅＧｌａｓｓＢｅａｄｓ）で表面粗さをＲｚ３．５μｍにしたあとコーティングする。本実施例では図５に示すようにＡｌのフランジ（Ａ６０６３）２Ａ−１１をまず作製し、そのうえに軸部分に２Ａ−１１のＳＵＳキャップ（ＳＵＳ３０５）をした。
【００３９】
本構成にすることにより、より製造方法が簡単で構成的にも簡単なため安価で、現像スリーブ回転中の安定性があり、１００万枚の高耐久な寿命をもち、画像としてはスリーブピッチむら、スリーブゴーストのないデジタル高画質現像装置を高速機において提供できた。
【００４０】
［実施例６］
本実施例では実施例１と同様なシステムでフランジ（２Ａ−１）にＡｌのＡ２０１７、軸部（２Ａ−２）にＳＵＳ３０４を用いた。本実施例における特徴は本発明のフランジの構成を金属メッキしたスリーブに応用したことである。
【００４１】
本実施例ではＮｉメッキしたスリーブを用いた。これはトナーがポジトナーでトナーの性質に合わせて、金属メッキした方がプリンターの画像特性が良い（濃度、カブリ、鮮鋭度等）場合である。
【００４２】
そして特に高速複写機、プリンターでは耐久性、昇温が大きな問題となるためにスリーブのメッキ処理で画像特性、耐久性をあげると共にフランジの耐久性、信頼性、温度問題すべてを解決する点で金属メッキされた現像系でのフランジ構成のこの応用は特に効果的であった。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ゴースト画像やスリーブピッチむらのない高画質画像を実現すると共に現像剤担持体回転時の必要トルクを満足し、かつフランジの耐磨耗性を向上させ、現像剤担持体の寿命の長い現像装置を提供することを可能にした。
【００４４】
また、高速モータより連結されるスリーブ駆動部（スリーブフランジ軸部）またはスリーブと感光体の隙間保持部において、高速回転によって生じるフランジ軸部の温度上昇がスリーブの画像領域部に伝わるのを防止し、スリーブの画像部の温度上昇を防ぐことで濃度維持ができるようにした現像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１を説明するための現像装置のフランジの構成図である。
【図２】実施例２を説明するための現像装置のフランジの構成図である。
【図３】実施例３を説明するための現像装置のフランジの構成図である。
【図４】実施例４を説明するための現像装置のフランジの構成図である。
【図５】実施例５を説明するための現像装置のフランジの構成図である。
【図６】現像装置を説明するための図である。
【図７】従来例及び第１の実施例を説明するための図である。
【図８】現像スリーブを説明するための図である。
【符号の説明】
１ドラム感光体（静電潜像担持体）
２現像器
２ａ現像スリーブ
２ｂ現像器第一撹拌
２ｃ現像器第二撹拌
２Ａ−１〜２Ａ−１２フランジ
３一次帯電器
４転写帯電器
５分離帯電器
６クリーニング装置
７定着器
８リユーストナー搬送パイプ
９トナーホッパー
１０ポスト帯電器
１１除電器
１２画像露光
２２トナーホッパー・マグネットローラ

Claims

静電潜像担持体を一様帯電する帯電手段と静電潜像を形成するための露光手段と該静電潜像を可視化する現像装置であって、
複数の磁極よりなるマグネットロールと、その外周を覆う非磁性であるスリーブからなる現像剤担持体と、該現像剤担持体を支持するフランジとを有し、前記現像剤担持体に前記フランジが取付けられた状態において加熱により該現像剤担持体表面に導電性粒子を含む樹脂層が形成された現像装置において、
前記フランジは３種類以上の金属部材より構成され、その並び方はスリーブより距離が離れる順序でその線膨張率が小さくなるようにし、該フランジを構成する部分のうち該フランジのスリーブに当接する部分は、スリーブと線膨張率の差が５（Ｋ^-1）以下の金属より構成し、かつ該フランジのスリーブに当接しない部分を構成する金属よりも熱伝導率が大きいことを特徴とする現像装置。
前記現像剤担持体表面に形成する導電性を含む樹脂層の構成は、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂を樹脂層としこれにＴｉＯ₂または結晶性グラファイトを含む構成であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
前記現像剤担持体を支持するフランジを構成する金属の接合方法が溶接によるか、もしくは金属の軸を作製した後、型に別の金属を流し込み冷却させてダイキャストで接合することを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
前記現像剤担持体を支持するフランジを構成する金属の接合方法がローレット接合であることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
前記現像剤担持体を支持するフランジを構成する金属は、現像剤担持体のフランジの軸部分とスリーブとの接合部分とで金属の種類が異なることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の現像装置。
前記フランジのスリーブに当接する部分の金属と該スリーブとの線膨張率差は、５（Ｋ^-1）以下であり、該フランジのスリーブに当接する部分の金属は、該フランジのスリーブと当接しない部分の金属よりも熱伝導率が５０（Ｗ／ｍ．Ｋ）以上大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の現像装置。