JP4529610B2 - 画像形成装置並びに現像装置、間隙保持部材 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置並びに現像装置に係り、特に、現像剤担持体と像担持体との間隙を維持する間隙保持部材を使用した画像形成装置並びに現像装置、間隙保持部材の改良に関する。

従来における電子写真方式等の画像形成装置で用いられる現像方式としては、トナーのみからなる一成分現像剤を用いた一成分現像方式と、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いる二成分現像方式とが知られている。中でも、一成分現像方式は、キャリアとの混合、撹拌、トナー濃度の制御が不要であるため、装置の小型化、低コスト化が可能であり、更に、現像剤の交換作業等が不要なため、主としてメンテナンスフリーが要望されるプリンタ等において使用されることが多くなってきている。

このような一成分現像方式を利用した画像形成装置では、現像剤担持体表面に帯電した現像剤の薄層を形成し、静電潜像が形成された像担持体との現像領域にて像担持体上の静電潜像を現像（顕像化）するようになっている。このとき、現像剤担持体と像担持体とは非接触配置又は接触配置のいずれの方式も採用されているが、画像形成装置の駆動トルクを低減し、画像に現れるバンディング現象を低減させるためには非接触配置が好ましい。
このとき、現像領域では、像担持体の潜像電位と現像剤担持体に印加された現像バイアスとの電位差により、現像剤担持体上の帯電した現像剤が静電引力を受け、像担持体側に飛翔し、像担持体上の画像部に選択的に付着して現像が行われる。

特開平５−２５７３７２号公報（実施例、図４） 特開平７−１９９６５２号公報（課題を解決するための手段、図２） 特開平８−１０６２４５号公報（実施例の説明、図２） 特開平１０−６３１４１号公報（発明の実施の形態、図１） 特開平５−２３２０号公報（実施例、図４） 特開平１０−２１３９６７号公報（発明の実施の形態、図１） 特開２００３−１８６２９９号公報（発明の実施の形態、図７）

現像剤担持体と像担持体とが非接触配置される場合の両者間の間隙は、通常、１００〜５００μｍの範囲の一定間隙に設定され安定した現像特性を維持するようになっている。仮に、この間隙が一定でなければ、間隙の振れによる現像むら（画像濃度むら）が発生し良好な画像が得られない。
また、像担持体としては、一般的にアルミニウムドラム表面に有機感光体等の感光層を塗工したもので構成され、現像剤担持体も一般的にアルミニウム等の円筒スリーブ状となっている。そのため、像担持体や現像剤担持体の外表面の真円度の振れを小さくすると共に、両者の平行度を正確に保つことが、現像むらのない高画質な画像形成を達成するために重要な要因となる。

しかしながら、像担持体や現像剤担持体の真円度の振れを完全にゼロにすることは困難であり、ある程度の振れ公差を以て両者の間隙を精度よく保持する方式を採ることが実用的となる。そのため、両者間の間隙を精度よく保持する各種の方式が提案されている。
特許文献１では、樹脂で形成されたキャップ形状の間隙保持部材（スペーサコロ）を使用して、像担持体と現像剤担持体との間隙を形成保持する方式が提案されている。そして、特に、このスペーサコロに使用する樹脂として曲げ強度を１１００ｋｇｆ／ｃｍ^２（約１．０８×１０^８Ｐａ）以上、鈴木式摩擦摩耗試験法での鋼（Ｓ４５Ｃ）に対する動摩擦係数が０．２以下のものを使用することで、耐摩耗性や機械的強度に優れたスペーサコロを実現できると記されている。そのため、ＰＯＭ，ＰＡ，ＰＢＴ，ＰＰＳ樹脂のいずれかが好ましく、これらの樹脂を成形することで、０．２ｍｍの間隙を保持する例を述べている。しかしながら、この文献においては、像担持体と現像剤担持体との間隙を１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下とするような態様については何ら考慮がなされていない。

また、特許文献２では、像担持体周面の両端に樹脂層を設け、現像剤担持体側の両端に設けた突き当てコロを樹脂層に突き当てることで、突き当てコロが直接像担持体の感光層に接触することなく、安定した間隙を保持できる方式が提案されている。そして、この樹脂層として、１０〜３００μｍの高抵抗テープ状樹脂層を巻き付け固定（接着等）し、像担持体と現像剤担持体との間隙を３００〜９００μｍに保持する態様が示されている。また、この文献においては、間隙を３００μｍ以下とすると、現像時に交流電界を印加したときに電界強度の増大を起こし、像担持体表面へのリーク等が発生し、画像欠陥となって現れるため、３００μｍ以下の間隙での使用は好ましくないとも記されている。

更に、特許文献３では、スペーサコロの外周を尖鋭にして、像担持体と現像剤担持体との接触面積を小さくし、現像剤がスペーサコロと像担持体との間に存在しないようにして、間隙（現像間隙に相当）の不整を阻止しようとする提案が示されている。尚、この文献では、具体的な間隙については何ら記載されていないが、スペーサコロの外周を尖鋭にするためには、スペーサコロ自体にある程度の高さ（間隙に相当する方向）が必要となり、間隙を１００μｍ以下とするような態様への使用は困難である。

更にまた、特許文献４では、像担持体の両端外周に円周突部を設け、この円周突部に現像剤担持体の両端を突き当てることで、間隙を保持しようとする提案がなされている。そして、この円周突部は像担持体と一体的に設けられてもよいし、例えば成形等でリングを作製し、このリングを像担持体に被せることで実現できるとしている。尚、この文献では、具体的な間隙については何ら記載されていない。そのため、１００μｍ以下の間隙を作製するため、例えば像担持体の両端以外を切削等で浅く彫り込み加工するような場合は、コストがかかり過ぎたり、一方、成形等でリングを作製する場合は、１００μｍは困難（成形方法や強度確保等の理由による）と判断され、この文献での間隙は１００μｍを大きく超えるものと予想される。

以上のように、いずれの従来技術にあっても、像担持体と現像剤担持体との間隙は１００μｍ以上のものであり、間隙を精度よく一定に保持する機構としては、１００〜９００μｍの中で所定の値を決めざるを得ない制限があった。
一方、像担持体と現像剤担持体隙間にフィルム等のシート状部材を挟持させて固定配置し、規制間隙を保持しようとする提案もなされている（例えば特許文献５，６参照）。しかしながら、これらの方式では、像担持体と現像剤担持体との間にシート部材が固定配置されているため、像担持体及び現像剤担持体とシート部材との摺擦により、シート部材が摩耗し、長期に亘って規制間隙を安定に保持することが困難となる。

また、像担持体と現像剤担持体との間隙（現像間隙）における現像剤の運動に着目してみると、像担持体上の静電潜像における画像部のみを顕像化させる目的から、この画像部のみへ現像剤担持体から現像剤を飛翔させることが好ましいが、一般的には、現像剤担持体上の現像剤を一旦全て現像空間（像担持体と現像剤担持体との対向領域の現像領域）に飛翔させ、非画像部（現像剤の付着を不要とする部位）の現像剤のみ現像剤担持体側へ戻すことが行われている。
そのため、一旦全ての現像剤を飛翔させるために、通常、現像バイアスとして交流電界を印加する方式が採られている。
したがって、現像バイアスとして交流電界を印加すると、現像剤担持体上の現像剤が現像空間で往復運動を行う結果、不要な現像剤が像担持体上の非画像部に付着して地肌かぶり（かぶり）を生じたり、現像剤担持体に戻りきらずに、装置内を運ばれ、他の箇所に付着して汚染源となったりすることがある。

そこで、本件発明者らは、この現像空間における現像剤の挙動に着目し、十分な現像特性を確保するための現像間隙について詳細に検討し、次の知見を得た。
像担持体上の潜像電位による電界では、像担持体表面より高々５０μｍ程度の範囲内にある現像剤にのみ、影響を及ぼすことが可能であり、これ以上間隙が広がると、この電界では、現像剤担持体表面の現像剤層まで影響を及ぼすことはできない。また、細線画像においては更に影響が小さくなる。
しかしながら、現像剤担持体表面の現像剤を飛翔させるために、交流電界を印加すると地肌かぶり等の不具合を発生することから、交流電界を使用しないで済む現像間隙として、５０μｍ以下の間隙を安定して保持できるようにすれば、高画質の画像形成が可能となる。

本発明は、上述したような技術的課題を解決するためのものであり、像担持体と現像剤担持体との狭い規制間隙を長期に亘って安定して保持し、安定した画像形成が可能な画像形成装置並びに現像装置、間隙保持部材を提供するものである。

すなわち、本発明は、図１に示すように、静電潜像が担持され且つ回転可能な像担持体１と、この像担持体１と離間して対向配置され且つ表面に現像剤を担持する回転可能な現像剤担持体２と、この現像剤担持体２の両端部に像担持体１と現像剤担持体２との規制間隙Ｇを保持する間隙保持部材３とを備えた画像形成装置であって、間隙保持部材３は、像担持体１と現像剤担持体２との間の規制間隙Ｇに相当する厚み及び現像剤担持体２の外径より大きな内径を有する環状の可撓性部材からなり、現像剤担持体２の回転軸方向に沿った方向で現像剤担持体２の端部位置内側周囲及び外側周囲を覆うように配置される環状スペーサ部材４と、この環状スペーサ部材４の環状形状が保持されるように環状スペーサ部材４の内周面一方側に固定支持され且つ現像剤担持体２の端部から離間した部位に配置される支持部材５と、を具備することを特徴とするものである。

このような技術的手段において、本願に係る画像形成装置は、一成分現像剤を使用し、像担持体１と現像剤担持体２とを非接触配置にて現像するものであり、使用される現像剤としては、磁性又は非磁性のいずれであっても差し支えない。
また、像担持体１は、ロール状、ベルト状いずれでもよく、更に、現像剤担持体２は、現像剤を担持搬送するものであれば、ロール状、ベルト状を含み、更に、弾性状、剛性状いずれであっても差し支えない。
そして、像担持体１と現像剤担持体２との間の間隙を保持する観点からは、像担持体１及び現像剤担持体２は共にロール状が好ましく、また、共に剛体状が好ましい。この場合、両者間の規制間隙Ｇが一層狭く安定するようになる。

本発明では、特に、像担持体１と現像剤担持体２との規制間隙Ｇを保持するために、間隙保持部材３を設けた点に特徴点を有する。また、この間隙保持部材３は、像担持体１と現像剤担持体２との間の規制間隙Ｇに相当する厚みの環状スペーサ部材４を規制間隙Ｇ内に相対移動可能に挿入配置したもので、環状スペーサ部材４としては、規制間隙Ｇに相当する厚みを維持できるものであればよい。尚、「規制間隙Ｇ内に環状スペーサ部材４を相対移動可能に挿入配置」とは、環状スペーサ部材４が現像剤担持体２に装着された後も、現像剤担持体２とは移動可能となるように、環状スペーサ部材４が現像剤担持体２より大きく、現像剤担持体２に容易に装着されるようになっていることを意味する。

また、間隙保持部材３は、像担持体１と現像剤担持体２との間の規制間隙Ｇに相当する厚みの環状スペーサ部材４と、この環状スペーサ部材４の形状が保持されるように当該環状スペーサ部材４の一方側が固定される回転可能な支持部材５とを有し、像担持体１と現像剤担持体２との規制間隙Ｇ内に環状スペーサ部材４の他方側を相対移動可能に挿入配置された態様となっている。更に、このとき、支持部材５が像担持体１又は現像剤担持体２の軸方向に沿って移動可能である態様において、像担持体１と現像剤担持体２との規制間隙Ｇ内から環状スペーサ部材４が離脱しない範囲で支持部材５の変位が抑えられるストッパ部材６を設けることが好ましい。
このことで、環状スペーサ部材４が像担持体１と現像剤担持体２との規制間隙Ｇを一層安定して維持することができると共に、ストッパ部材６によって、環状スペーサ部材４が軸方向に移動して抜けることを防止することが可能になる。
尚、支持部材５は、環状スペーサ部材４の表面又は裏面のいずれかに固定される態様であってもよいが、小型化の観点からは裏面側に固定される方が好ましい。また、支持部材５は回転可能な形状であればよいが、摩擦抵抗力を軽減する観点からは円形が好ましい。

本発明は、像担持体１と現像剤担持体２との間に、像担持体１上の静電潜像を現像するための現像バイアスを有効に印加する観点から、像担持体１表面、現像剤担持体２表面及び環状スペーサ部材４の表面又は裏面の少なくともいずれか一箇所が絶縁性を備えることが好ましい。尚、絶縁性は、部材そのものが絶縁性であってもよいし、例えば表面に絶縁性被膜が施された態様であっても差し支えない。

そして、像担持体１と現像剤担持体２との規制間隙Ｇを、現像剤の粒子径以上で且つ５０μｍ以下とすることが好ましく、そのことにより、規制間隙Ｇでの現像剤の移動は、像担持体１側の潜像電位に大きく依存するようになり、大きな電界を印加する必要がなく、現像剤の余分な飛翔を防ぐことか可能になり、画質が安定する。また、この規制間隙Ｇは３０〜４０μｍとすることが、画質の安定に一層好ましい。
更に、現像バイアスとして、直流電界のみを印加するようにすれば、例えば現像バイアスとして交流電界を重畳した場合に比べ、現像剤の飛散が少なくなり、良好な現像特性が維持されるようになる。

本発明における環状スペーサ部材４は、フィルム部材で構成することが好ましく、この場合、薄く均一な層が構成でき、規制間隙Ｇを狭く安定に保持することができる。また、このとき、フィルム部材の弾性率を４．３×１０^１０Ｐａ以上とすることが好ましく、弾性率を高くすることで、フィルム部材の機械的強度が確保され、長期に亘って使用しても、摺擦等によるフィルム部材の破損等を防ぐことができ、一層安定した規制間隙Ｇが保持できる。更に、フィルム部材として、例えばニッケル電鋳品等の金属薄板を使用することも可能で、弾性率を一層向上させることが可能になる。
更にまた、環状スペーサ部材４をコイル部材によって構成することも可能で、機械的強度が確保され、この場合も、長期に亘って使用しても、摺擦等による破損等を防ぐことができ、安定した規制間隙Ｇが保持できる。

また、本発明における現像装置の態様としては、次のようにすればよい。すなわち、図１に示すように、表面に現像剤を担持する回転可能な現像剤担持体２と、この現像剤担持体２に対向配置され且つ静電潜像が担持される像担持体１と前記現像剤担持体２との間の規制間隙Ｇを現像剤担持体２の両端部にて保持する一対の間隙保持部材３とを備え、間隙保持部材３は、前記規制間隙Ｇに相当する厚み及び現像剤担持体２の外径より大きな内径を有する環状の可撓性部材からなり、現像剤担持体２の回転軸方向に沿った方向で現像剤担持体２の端部位置内側周囲及び外側周囲を覆うように配置される環状スペーサ部材４と、この環状スペーサ部材４の環状形状が保持されるように環状スペーサ部材４の内周面一方側に固定支持され且つ現像剤担持体２の端部から離間した部位に配置される支持部材５と、を具備することを特徴とする。
このように現像剤担持体２側に間隙保持部材３を備えることで、通常、像担持体１側に間隙保持部材３を備える態様に比べ、間隙保持部材３を小型化できるようになる。

更に、現像剤担持体２に接触し且つ環状スペーサ部材４の装着部位より内側には、現像剤が当該環状スペーサ部材４側に漏れることを抑止するシール部材を設けるようにすれば、現像剤が現像剤担持体２と環状スペーサ部材４との隙間に入り込むことを防ぐことができ、例えば現像剤が入り込んだ場合に規制間隙Ｇが不安定となるような事態の発生を防ぐことができる。

また、本発明は、像担持体１と現像剤担持体２との間の規制間隙Ｇを保持する間隙保持部材３の態様としては、次のようにすることもできる。すなわち、図１に示すように、静電潜像が担持され且つ回転可能な像担持体１と、この像担持体１と離間して対向配置され且つ表面に現像剤を担持する回転可能な現像剤担持体２との間の規制間隙Ｇを保持する間隙保持部材３であって、像担持体１と現像剤担持体２との間の規制間隙Ｇに相当する厚み及び現像剤担持体２の外径より大きな内径を有する環状の可撓性部材からなり、現像剤担持体２の回転軸方向に沿った方向で現像剤担持体２の端部位置内側周囲及び外側周囲を覆うように配置される環状スペーサ部材４と、この環状スペーサ部材４の環状形状が保持されるように当該環状スペーサ部材４の内周面一方側に固定支持される支持部材５と、を具備することを特徴とする。

更に、本発明に関連する参考発明による他の現像装置の態様としては、像担持体１と現像剤担持体２との規制間隙Ｇを保持するための環状スペーサ部材４の代わりに、次のようにすることもできる。すなわち、図２に示すように、表面に現像剤を担持する回転可能な現像剤担持体２を有し、この現像剤担持体２の周面には、現像剤を担持搬送する現像剤搬送部と、両端部にて静電潜像が担持される像担持体１に当接し且つ像担持体１と現像剤担持体２との間の規制間隙Ｇに相当する厚みの樹脂被覆層８とを備えたことを特徴とする。

このように現像剤担持体２の両端部に規制間隙Ｇに相当する厚みの樹脂被覆層８を設けることで、薄く均一な規制間隙Ｇが保持される。尚、現像剤搬送部上の現像剤が両端方向に漏れないように抑止するシール部材７を、この樹脂被覆層８より内側に設けるようにすれば、現像剤がこの樹脂被覆層８上に達することがなく、長期に亘って安定した規制間隙Ｇを保持することが可能になる。
また、樹脂被覆層８の厚みについては、現像剤の粒子径以上で５０μｍ以下、好ましくは３０〜４０μｍになるようにすれば、上述したように、現像バイアスとして交流電界を使用しなくてもよく、画質を安定させることができる。
尚、金属製の現像剤担持体表面等に樹脂コート層を施すことは知られている。例えば特許文献７では、現像剤の搬送を樹脂コート層の静電気保持力を利用して行うようにしたもので、両端部のシール部材への現像剤の入り込みを抑えるため、現像剤担持体の軸方向中央部に樹脂コート層を施し、両端部には樹脂コート層を施さない態様が記されている。しかしながら、現像剤担持体の内寄りに樹脂コート層を設けたものであり、本件とはその態様を大きく異にするものである。

本発明によれば、像担持体と現像剤担持体との規制間隙を保持する間隙保持部材として、像担持体と現像剤担持体との間の規制間隙に相当する厚み及び現像剤担持体の外径より大きな内径を有する環状の可撓性部材からなり、現像剤担持体の回転軸方向に沿った方向で現像剤担持体の端部位置内側周囲及び外側周囲を覆うように配置される環状スペーサ部材と、この環状スペーサ部材の環状形状が保持されるように当該環状スペーサ部材の内周面一方側に固定支持され且つ現像剤担持体の端部から離間した部位に配置される支持部材と、を具備したので、環状スペーサ部材と像担持体及び現像剤担持体との摺擦力が低減し、摩耗も低減されることから、像担持体と現像剤担持体との規制間隙を長期に亘って狭く安定して保持することができる。そのため、現像時の地肌かぶりや現像むら（画像濃度むら）が低減され、細線画像のエッジもシャープな画像を得ることができる。また、現像バイアスに高価な交流電源を使用する必要もなく、環状スペーサ部材も簡単に配設することができるため、画像形成装置の低コスト化を推進できる。更に、現像剤の飛散を抑制できるため、画像形成装置内での現像剤による汚染を防ぐことができる。

また、本発明によれば、現像剤担持体と像担持体との間の規制間隙を当該現像剤担持体の両端部にて保持する一対の間隙保持部材を備え、間隙保持部材は、規制間隙に相当する厚み及び現像剤担持体の外径より大きな内径を有する環状の可撓性部材からなり、現像剤担持体の回転軸方向に沿った方向で現像剤担持体の端部位置内側周囲及び外側周囲を覆うように配置される環状スペーサ部材と、この環状スペーサ部材の環状形状が保持されるように当該環状スペーサ部材の内周面一方側に固定支持され且つ現像剤担持体の端部から離間した部位に配置される支持部材と、を具備したので、環状スペーサ部材の摩耗も低減でき、現像剤担持体に対向配置される像担持体との規制間隙を長期に亘って狭く安定して保持することができる。そのため、現像時の地肌かぶりや現像むらが低減され、細線画像のエッジもシャープな画像を得ることが可能な現像装置を提供できる。

更に、本発明は、像担持体と現像剤担持体との間の規制間隙に相当する厚み及び現像剤担持体の外径より大きな内径を有する環状の可撓性部材からなり、現像剤担持体の回転軸方向に沿った方向で現像剤担持体の端部位置内側周囲及び外側周囲を覆うように配置される環状スペーサ部材と、この環状スペーサ部材の環状形状が保持されるように当該環状スペーサ部材の内周面一方側に固定支持される支持部材と、を具備したので、規制間隙内に容易に挿入配置でき、摩耗も少なく安定した規制間隙を保持できる間隙保持部材を提供できる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図３は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１を示す。同図において、符号２１は、矢印方向に回転する有機感光体等からなる静電潜像を担持する感光体であり、この感光体２１は、帯電ロール等の帯電装置２２によって帯電された後、レーザ書込装置やＬＥＤアレイを有する露光装置２３によって静電潜像が書き込まれる。この静電潜像は、光の当たった感光体２１表面電位が低下し、光の当たっていない高電位部分とのコントラストによる電位画像として形成される。
また、転写装置２５は、例えば感光体２１に接触配置される転写ロールにて構成され、図示外のバイアス電源によって感光体２１上のトナー像が引き付けられる方向の転写バイアスを印加することで、感光体２１上のトナー像を記録材としての用紙Ｓ上に転写させるようにしたものである。
更に、感光体２１上に残留したトナーは、例えばドクターブレード式のクリーニング装置２４によって除去される。

本実施の形態における現像装置３０は、非磁性一成分現像剤であるトナーを使用するもので、感光体２１と一定の間隙（規制間隙）Ｇを保持して配設され且つトナーを担持搬送する現像剤担持体としての現像ロール３１と、この現像ロール３１の上流側に配設され現像ロール３１にトナーを供給する供給ロール３２と、この供給ロール３２の上流側に配設され供給ロール３２にトナーを供給するトナーホッパ３４とで構成されている。
また、現像ロール３１の供給ロール３２との対向部位より下流側で感光体２１との対向部位の上流側には、現像ロール３１上のトナー層を帯電規制する例えば可撓性フィルム等によって構成された帯電規制ロール３３が現像ロール３１に接触配置されている。

本実施の形態における現像ロール３１及び供給ロール３２は、共にＳＵＳ製の表面が鏡面仕上げされたスリーブを使用しているが、これに限らず、例えばアルミニウム製のスリーブであってもよい。
本実施の形態では、現像ロール３１と供給ロール３２とは、その間隙が約１００μｍとなるように配置されており、両者間の周速度差や電界等によって、所定量のトナーのみが供給ロール３２側から現像ロール３１側へ供給されるようになっている。
そして、供給ロール３２の上流側には、トナーを収容するトナーホッパ３４が設けられ、このトナーホッパ３４のトナー供給口３４ａからトナーが供給ロール３２側へ流れるようになっている。また、トナーホッパ３４内では、収容されたトナーを撹拌搬送するためのアジテータ３５が配設され、現像時には、このアジテータ３５が回転することで、例えばポリエステルシートからなるアジテータ３５の羽根３５ａによって、トナーがトナーホッパ３４から少しずつ掻き出されるようになっている。
尚、これらの現像装置３０の構成部は、図示外の現像ハウジング内に収容され、現像ロール３１の一部に相当する部位に開口部が設けられ、感光体２１と対向配置される。

ここで、本件発明の特徴点である現像ロール３１に挿入された間隙保持部材について、図４に基づいて詳細に説明する。
本実施の形態における現像ロール３１は、外径を２０ｍｍとし、その両端には間隙保持部材４０が挿入配置されている。
間隙保持部材４０は、環状スペーサ部材としてのポリイミド樹脂からなる厚さ４０μｍの筒状フィルム部材４１の内周面一端側に、ポリカーボネート樹脂からなる支持部材としての端部コロ４２を接着固定したものである。端部コロ４２の外径は、現像ロール３１の外径より大きい２２ｍｍであり、その中心には現像ロール３１の回転軸３１ａの外径より大きな孔部４２ａを有している。
更に、現像ロール３１の回転軸３１ａには、端部コロ４２をこの回転軸３１ａに通した後に、端部コロ４２の軸方向の移動を規制する（特に間隙保持部材４０の抜け防止）ストッパ４３が回転軸３１ａに接着等の手段にて固着されている。
そのため、間隙保持部材４０が現像ロール３１に対し装着された状態では、筒状フィルム部材４１のみの部分が装着され、間隙保持部材４０は現像ロール３１に対し自由に回転できると共に、現像ロール３１の軸方向に対しては移動規制（抜け防止）がなされるような構成となっている。そのため、筒状フィルム部材４１が現像ロール３１や感光体２１（図３参照）との接触部位での摩耗が低減される。尚、筒状フィルム部材４１の弾性率は、４．３×１０^１０Ｐａとなっている。

本実施の形態では、図５に示すように、現像ロール３１と感光体２１とが所定の位置に配設された状態では感光体２１と現像ロール３１とは、図示外のばね等の付勢手段によって、常時圧接するようになっている。そのため、現像ロール３１の両端部に装着された間隙保持部材４０の筒状フィルム部材４１の厚さ分に相当する規制間隙Ｇが感光体２１と現像ロール３１との間に形成されることとなる。このとき、間隙保持部材４０の端部コロ４２は、その孔部４２ａを大きく採っているため、現像ロール３１の回転軸３１ａに接触しないようになっている。尚、図中、符号４４は、現像ロール３１上に付着しているトナーが、間隙保持部材４０の筒状フィルム部材４１と現像ロール３１との間に潜り込まないように、トナーが現像ロール３１の両端部に行くのを規制するシール部材であり、現像ロール３１のほぼ全周に亘って設けられ、現像ロール３１側に押さえ付けられて配設されている。

次に、本実施の形態における画像形成装置の作動について、図３に基づいて説明する。
トナーホッパ３４内に収容されたトナーは、アジテータ３５の回転に伴ってトナー供給口３４ａから供給ロール３２側へ徐々に供給される。
供給ロール３２へ供給されたトナーは、所定量のトナーのみが現像ロール３１側に移動し、帯電規制ロール３３によって、所定の帯電量の付与と均し作用が行われ、現像ロール３１上には、所定のトナー帯電量と所定のトナー量を備えたトナー薄層が形成される。
その後、現像ロール３１と感光体２１との対向部位にて、現像ロール３１上のトナー薄層が、感光体２１の潜像電位と現像ロール３１に印加された現像バイアスによって、感光体２１上の潜像を現像する（顕像化される）。
感光体２１上で顕像化されたトナー像は、転写装置２５によって図示外の給紙カセット等から搬送された用紙Ｓ上に転写され、用紙Ｓ上に定着された未定着トナー像は、図示外の定着装置に搬送されて定着される。

以上のような作動の中で、特に、現像部位（感光体２１と現像ロール３１との対向部位に相当する）について詳細に説明する。
本実施の形態における間隙保持部材４０は、図５に示すように、現像部位では、筒状フィルム部材４１が感光体２１と現像ロール３１とに挟み込まれた状態で回転するため、間隙保持部材４０が現像ロール３１に連れ回るように回転する。また、間隙保持部材４０の端部コロ４２は現像ロール３１の軸方向の動きをストッパ４３によって規制（抜け防止）され軸方向の動き自体が殆どないが、仮に、間隙保持部材４０が現像ロール３１の軸方向へ若干移動したとしても、現像ロール３１の軸方向の現像領域は、シール部材４４の内側であることから、特に支障はない。

ここで、現像部位での負帯電トナーを使用したときのトナーの挙動について説明する。
図６（ａ）は、本実施の形態における現像バイアスとして直流電界のみを印加した場合のトナーの挙動を示し、（ｂ）は、従来例として現像バイアスに交流電界を印加したときのトナーの挙動を示したものである。
（ａ）では、感光体２１と現像ロール３１との規制間隙Ｇは狭く、外部から印加される直流電界のみの現像バイアス５１と、感光体２１上の画像部ＩＰと非画像部との潜像電位によって、現像ロール３１上のトナーは感光体２１上の画像部ＩＰにのみトナーを付着させることができる。
一方、従来例（ｂ）では、感光体２１と現像ロール３１との規制間隙Ｇ’は大きく、直流電界５２ａと交流電界５２ｂとを重畳させた現像バイアス５２を使用していることから、現像ロール３１上のトナーは一旦感光体２１側へ飛翔する。そして、直流電界５２ａと感光体２１上の画像部ＩＰ及び非画像部との潜像電位との差により、画像部ＩＰのみにトナーを付着させようとする。しかしながら、現像部位でのトナーの飛翔が盛んに行われるため、感光体２１上の非画像部にもトナーが付着し易くなる。また、飛翔したトナーが、感光体２１方向ではなく、現像部位からそれ以外の方向へ飛散することもある。

また、本実施の形態では、感光体２１と現像ロール３１との規制間隙Ｇが筒状フィルム部材４１の厚さによって決まるため、例えば、現像ロール３１に円筒度の振れがあっても４０μｍの間隙は維持され、更に、感光体２１側で円筒度の振れがあっても４０μｍの間隙は維持されることから、規制間隙Ｇは常時一定に保持されるようになる。
したがって、本実施の形態のように、感光体２１と現像ロール３１との規制間隙Ｇを狭くすることで、現像バイアス５１として直流電界のみを使用することができるため、トナーの非画像部への付着を抑制し、地肌かぶりが大幅に軽減され、現像むらも低減され、エッジのシャープな細線画像も得られるようになる。また、トナーの飛散による装置内汚染等もない画像形成装置を提供することが可能になる。
更に、本実施の形態では、現像部位での規制間隙Ｇが一定に保持されることから、現像むら（画像濃度むら）を防ぐことが可能になる。
更にまた、現像バイアス５１として高価な交流電界を使用する必要性を排除したことで、現像バイアス５１を供給する電源として、安価な方式の採用が可能になる。

また、本実施の形態では、間隙保持部材４０の筒状フィルム部材４１は、可撓性を備え変形も自由であることから、端部コロ４２の外径公差や端部コロ４２と筒状フィルム部材４１との接着公差が大きくなっても、間隙保持部材４０としての性能には特に問題とならない。
そのため、間隙保持部材４０を製造するに際して、その製造コストを抑えることができると共に、筒状フィルム部材４１を現像ロール３１に装着する際にも簡単に装着できるため、組立の容易な画像形成装置が提供できる。

本実施の形態では、供給ロール３２と現像ロール３１とは離間配置される態様を示したが、例えば供給ロール３２として発泡ロールを使用することで、供給ロール３２と現像ロール３１とを接触配置させることも可能である。また、帯電規制ロール３３として、可撓性を備え、現像ロール３１上のトナーの帯電規制と均し規制を行う態様を示したが、これに限らず、帯電規制ロール３３によって、現像ロール３１上のトナー層の層厚規制と帯電規制を行うようにしてもよい。更に、間隙保持部材４０の筒状フィルム部材４１としてポリイミド樹脂を使用する態様を示したが、規制間隙Ｇが維持できるフィルム部材であれば、例えばＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）樹脂等であっても差し支えない。

◎実施の形態２
図７は、本発明が適用された実施の形態２の画像形成装置に用いられる現像ロールに挿入された間隙保持部材を示す。本実施の形態は、実施の形態１と異なり、現像ロール３１に挿入される間隙保持部材４０の構成が異なり、実施の形態１では環状スペーサ部材として筒状フィルム部材を使用したが、本実施の形態ではコイル部材を使用している点が異なる。尚、本実施の形態における画像形成装置は実施の形態１と同様の構成のため、ここでは省略する。

図７に示すように、本実施の形態における間隙保持部材４０は、線径３０μｍの金属線をスパイラル状に巻いたコイル部材４５を使用し、その内側の一端に実施の形態１と同様の端部コロ４２を固着したものである。尚、このコイル部材４５が接触する感光体２１（図示せず）側には、感光体２１と現像ロール３１との電気的な接触を避けるために、表面絶縁保護層が塗布されている。また、本実施の形態においても、実施の形態１同様、現像ロール３１上のトナーがコイル部材４５と現像ロール３１の間に入り込まないように、図示外のシール部材（図５参照）が設けられている。
本実施の形態では、コイル部材４５の線径が感光体２１と現像ロール３１との規制間隙Ｇを保持することから、安定した規制間隙Ｇを保持することができ、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、コイル部材４５として、例えばマグネットワイヤのセグメント線（５０μｍ以下の径）をスパイラル状に巻き、自己融着することで空芯コイル状に形成することも可能で、この場合、セグメント線同士を融着させ連続的な形状とすることができることから、機械的強度を向上させることも可能になる。

◎実施の形態３
図８は、本発明に関連する参考発明が適用された実施の形態３の画像形成装置に用いられる現像ロール周辺を示したものである。本実施の形態は、実施の形態１，２のように環状スペーサ部材を使用した間隙保持部材ではなく、間隙保持部材４０として、樹脂被覆層４６を現像ロール３１側に設けた点に特徴点を有する。尚、本実施の形態における画像形成装置は実施の形態１と同様の構成のため、ここでは省略する。

同図において、現像ロール３１の両端部には、５０μｍ以下の樹脂被覆層４６が光硬化等によって形成されている。そして、現像ロール３１上のトナーがこの樹脂被覆層４６上に飛散しないように、シール部材４４が樹脂被覆層４６より内側の現像ロール３１に押し当てられている。
そのため、現像ロール３１上のトナーは、シール部材４４によって樹脂被覆層４６側に飛散せずに、現像ロール３１と感光体２１との規制間隙Ｇは、樹脂被覆層４６の膜厚のみによって決定され、安定して保持されるようになる。
このような樹脂被覆層４６の厚さを規制間隙Ｇとして利用することで、長期に亘って狭く安定した規制間隙を保持することができる。そのため、現像時の地肌かぶりや現像むらが低減され、細線画像のエッジもシャープな画像を得ることが可能になる。

◎実施例１
本実施例は、実施の形態１の構成にて、各種の環状スペーサ部材（以降筒状部材と称す）を使用したときの、画像評価と耐久性について評価確認したものである。
画像形成装置の主要な構成要件は、次のようにした。
トナーは、粉砕法で作製された非磁性１成分系トナーで、体積中心粒径８．９μｍの不定形トナーを使用した。
供給ロールは、ＳＵＳスリーブの鏡面仕上げ加工を行い、同じくＳＵＳスリーブの鏡面仕上げ加工を行った現像ロールとは１００μｍの間隙を開けて配置し、両者間に所定の供給バイアスを印加することで、現像ロール側に所定量のトナーが供給されるようになっている。

また、帯電規制ロールは、体積抵抗率１０^１０Ω・ｃｍのＰＶｄＦからなる可撓性チューブを使用し、チューブ内の半導電性弾性部材を介して定電流電源に接続し、現像ロールとの間で定電流を印加するようにした。そして、この定電流値を変化させることで、現像ロール上のトナー付着量５ｇ／ｍ^２に対し、２０μＡ（現像ロール軸方向長さが５ｃｍ相当のとき）の定電流を印加して、トナーを−２０μＣ／ｇに帯電させた。
更に、現像ロールの周速度を１４４ｍｍ／ｓｅｃ、感光体の周速度を１１８ｍｍ／ｓｅｃとし、感光体の帯電電位を−８５０Ｖ、露光部電位を約−１５０Ｖ、現像バイアスを−５００Ｖとした。

また、夫々の筒状部材の作製方法は次のようにした。
（１）ポリイミド
厚さ４０μｍのポリイミドチューブを使用し、弾性率は４．３×１０^１０Ｐａであった。
尚、このとき、筒状部材と現像ロールや感光体とのスティックスリップ現象を防止するために、筒状部材の内面及び外面にＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）の微粒子を適量塗布した。
（２）ポリフッ化ビニリデン
厚さ４０μｍのポリフッ化ビニリデンチューブを使用し、弾性率は１．３×１０^９Ｐａであった。
（３）ニッケル電鋳品
厚さ３０μｍのニッケル電鋳の筒状品を使用し、弾性率は２．０×１０^１１Ｐａであった。
このニッケル電鋳品を使用する際には、感光体と現像ロールとの絶縁性を確保するために、感光体両端部に画像非形成領域に、表面絶縁保護層を形成した。
表面絶縁保護層は、デソライトＫＺ７８６１（ＪＳＲ社製、シリカ粒子及びそれと化学的に結合している有機化合物並びに光重合開始剤を主に含有する組成物）のメタノール塗料液（固形分比率５３％）を、更に倍量のメタノールで希釈し、この希釈液中に感光体端部を浸漬した後、８０℃１０分間恒温槽中で乾燥し、アルコールを完全に飛ばした後、低圧水銀ランプでＵＶ照射を１分間行って硬化させ、厚さ約３μｍの被膜を形成した。
尚、間隙保持部材の筒状部材自体が導電性を備える場合には、この表面絶縁保護層を感光体側ではなく、現像ロール側若しくは筒状部材自体に施してもよい。
（４）ポリアミド
厚さ５０μｍのポリアミド樹脂チューブを使用し、弾性率は２．９×１０^９Ｐａであった。尚、このとき、筒状部材と現像ロールや感光体とのスティックスリップ現象を防止するために、筒状部材の内面及び外面にＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）の微粒子を適量塗布した。
（５）金属コイル
線径３０μｍの金属コイルをスパイラル状に巻いたコイル部材を使用した。
また、ニッケル電鋳品と同様に、感光体と現像ロールとの絶縁性を確保するため、ニッケル電鋳品のところで使用した表面絶縁保護層を感光体の両端部に形成した。

以上のような各種の筒状部材を用いた場合の評価結果は、図９に示すように、画像評価については、いずれも問題なく、地肌かぶりのない、細線再現性や画像濃度も良好な画像を得られることが確認された。
また、筒状部材の耐久性については筒材質によって異なり、ポリフッ化ビニリデンとポリアミドを使用した場合に、若干の低下が確認された。具体的には、次のような結果であった。
（１）ポリイミド
５０００枚の印刷時間に相当する時間後に、フィルムに若干のへたりが認められたが、フィルムそのものには破れや裂け等の発生はなかった。
（２）ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）
３０００枚の印刷時間に相当する時間後に、フィルムに若干のしわの発生が確認されたが、画像形成そのものへの影響は確認されなかった。
（３）ニッケル電鋳品
５０００枚の印刷時間に相当する時間後も、部材自体の変化は確認されなかった。
（４）ポリアミド
３０００枚の印刷時間に相当する時間後に、フィルムに若干のしわの発生が確認されたが、画像形成そのものへの影響は確認されなかった。
（５）金属コイル
５０００枚の印刷時間に相当する時間後も、部材自体の変化は確認されなかった。

以上のように、本実施例で使用した筒状部材については、全て画像評価及び耐久性評価の結果から、実用的に問題がないことが確認された。
また、感光体の周速度を１１８ｍｍ／ｓｅｃに固定し、現像ロールの周速度を１４４ｍｍ／ｓｅｃから２２３ｍｍ／ｓｅｃまで段階的に増加させて画像評価を確認したが、いずれの周速度でも１４４ｍｍ／ｓｅｃの場合と同様に、地肌かぶりのない、細線再現性や画像濃度も良好な画像が得られた。
更に、現像ロールの周速度が１４４ｍｍ／ｓｅｃの状態で、トナーを粉砕法で作製された体積中心粒径８．９μｍの不定形トナーから、乳化重合凝集法で作製された体積中心粒径５μｍの所謂球形トナーに変えて同様の画像評価を行ったが、この場合も不定形トナーと同様の良好な画像が得られることが確認された。

◎実施例２
本実施例は、実施例１で示した表面絶縁保護層を、感光体側ではなく、現像ロール側に塗布した例を示す。
本実施例で、現像ロールはアルミニウムの鏡面仕上げ品を使用していることから、表面絶縁保護層をアルミニウム表面に塗布形成する。
表面絶縁保護層は、デソライトＫＺ７８６１（ＪＳＲ社製、シリカ粒子及びそれと化学的に結合している有機化合物並びに光重合開始剤を主に含有する組成物）のメタノール塗料液（固形分比率５３％）を、更に倍量のメタノールで希釈し、この希釈液中に現像ロールの端部を浸漬した後、８０℃１０分間恒温槽中で乾燥し、アルコールを完全に飛ばした後、低圧水銀ランプでＵＶ照射を１分間行って硬化させ、厚さ約１０μｍの被膜を形成した。尚、被膜の厚みは浸漬塗工時の引き上げ速度の調節により任意の厚みに変えることが可能である。今回の現像ローラに対しては感光体上に形成した場合とは異なる引き上げ速度にて厚み１０μｍを達成した。

次に、この表面絶縁保護層の塗膜性を評価するため、現像ロールと同一のアルミニウム円板に、上述した表面絶縁保護層の作製方法と同一の方法にて、約１０μｍの被膜を形成した。
この表面絶縁保護層が形成された円板を試料とし、テーバー式摩耗試験機（東洋精機製作所製、摩耗輪ＭＳ−１０、負荷加重５００ｇ、１０００回転）を用いて摩耗試験を行ったところ、摩耗量は０．５μｍ以下と良好な結果が得られた。このことから、表面絶縁保護層の耐摩耗性が良好であり、実用的にも使用可能であることが確認された。

◎実施例３
本実施例は、実施の形態３の構成を具現化するための樹脂被覆層の形成方法並びに評価結果を示したもので、上述した実施例２と同様に、アルミニウム製の現像ロールの両端部に、表面絶縁保護層を形成した。
本実施例では、希釈液への浸漬及び乾燥を繰り返し、最終的な塗膜厚が約４０μｍとなるように行った。
その後、この現像ロールと感光体とを接触させ、規制間隙を約４０μｍとする状態で、両者を同一周速度で回転させた。この状態で、現像ロール上のトナー付着量を８ｇ／ｍ^２とし、トナーの帯電量を−２０μＣ／ｇとしたとき、十分な画像濃度が得られることが確認された。

本発明に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。 本発明に係る他の画像形成装置の概要を示す説明図である。 実施の形態１に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。 実施の形態１の間隙保持部材を示す説明図である。 実施の形態１の要部を示す説明図である。 （ａ）は実施の形態１の作用を示す説明図、（ｂ）は従来例の作用を示す説明図である。 実施の形態２に係る画像形成装置の間隙保持部材を示す説明図である。 実施の形態３に係る画像形成装置の要部を示す説明図である。 実施例の結果を示す説明図である。

符号の説明

１…像担持体，２…現像剤担持体，３…間隙保持部材，４…環状スペーサ部材，５…支持部材，６…ストッパ部材，７…シール部材，８…樹脂被覆層，Ｇ…規制間隙

Claims (13)

1. 静電潜像が担持され且つ回転可能な像担持体と、この像担持体と離間して対向配置され且つ表面に現像剤を担持する回転可能な現像剤担持体と、この現像剤担持体の両端部に像担持体と現像剤担持体との間の規制間隙を保持する間隙保持部材とを備えた画像形成装置であって、
   間隙保持部材は、
   前記規制間隙に相当する厚み及び現像剤担持体の外径より大きな内径を有する環状の可撓性部材からなり、現像剤担持体の回転軸方向に沿った方向で現像剤担持体の端部位置内側周囲及び外側周囲を覆うように配置される環状スペーサ部材と、
   この環状スペーサ部材の環状形状が保持されるように当該環状スペーサ部材の内周面一方側に固定支持され且つ前記現像剤担持体の端部から離間した部位に配置される支持部材と、
   を具備することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置のうち、支持部材が像担持体又は現像剤担持体の軸方向に沿って移動可能である態様において、
   像担持体と現像剤担持体との規制間隙内から環状スペーサ部材が離脱しない範囲で支持部材の変位が抑えられるストッパ部材を設けることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１記載の画像形成装置において、
   支持部材は現像剤担持体の回転軸方向に沿った孔部を有し、当該孔部は現像剤担持体の回転軸に接触しないように前記回転軸より大きく構成されていることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１記載の画像形成装置において、
   像担持体表面、現像剤担持体表面及び環状スペーサ部材の表面又は裏面の少なくともいずれか一箇所が絶縁性を備えることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１記載の画像形成装置において、
   現像剤担持体と像担持体との間隙は、現像剤の粒子径以上で且つ５０μｍ以下とすることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項４記載の画像形成装置において、
   現像剤担持体と像担持体との間には、直流電界のみの現像バイアスが印加されることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１記載の画像形成装置において、
   環状スペーサ部材は、フィルム部材によって構成されることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１記載の画像形成装置において、
   環状スペーサ部材は、コイル部材によって構成されることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項７記載の画像形成装置において、
   前記フィルム部材は、弾性率が４．３×１０^１０Ｐａ以上のものであることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項７記載の画像形成装置において、
    前記フィルム部材は、金属薄板からなるものであることを特徴とする画像形成装置。
11. 表面に現像剤を担持する回転可能な現像剤担持体と、
    この現像剤担持体に対向配置され且つ静電潜像が担持される像担持体と前記現像剤担持体との間の規制間隙を当該現像剤担持体の両端部にて保持する一対の間隙保持部材とを備え、
    間隙保持部材は、
    前記規制間隙に相当する厚み及び現像剤担持体の外径より大きな内径を有する環状の可撓性部材からなり、現像剤担持体の回転軸方向に沿った方向で現像剤担持体の端部位置内側周囲及び外側周囲を覆うように配置される環状スペーサ部材と、
    この環状スペーサ部材の環状形状が保持されるように当該環状スペーサ部材の内周面一方側に固定支持され且つ前記現像剤担持体の端部から離間した部位に配置される支持部材と、
    を具備することを特徴とする現像装置。
12. 請求項１１記載の現像装置において、
    現像剤担持体に接触し且つ環状スペーサ部材の装着部位より内側には、現像剤が当該環状スペーサ部材側に漏れることを抑止するシール部材を設けることを特徴とする現像装置。
13. 静電潜像が担持され且つ回転可能な像担持体と、この像担持体と離間して対向配置され且つ表面に現像剤を担持する回転可能な現像剤担持体との間の規制間隙を保持する間隙保持部材であって、
    前記規制間隙に相当する厚み及び現像剤担持体の外径より大きな内径を有する環状の可撓性部材からなり、現像剤担持体の回転軸方向に沿った方向で現像剤担持体の端部位置内側周囲及び外側周囲を覆うように配置される環状スペーサ部材と、
    この環状スペーサ部材の環状形状が保持されるように当該環状スペーサ部材の内周面一方側に固定支持される支持部材と、
    を具備することを特徴とする間隙保持部材。

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