JP4742708B2 - トナー供給ローラおよび現像装置 - Google Patents

Description

本発明は，電子写真方式の画像形成装置に利用される現像装置およびその現像装置に利用されるトナー供給ローラに関する。

従来から，電子写真方式の画像形成装置に用いる現像装置は，トナーを像担持体（例えば，感光体ドラム）に搬送する現像ローラと，現像ローラと当接して現像ローラ上へトナーを供給するとともに現像後に現像ローラ上に残留するトナーの剥離を行うトナー供給ローラとを備えている。現像ローラは，その両端部に設けられたスペーサ部材に回転可能に支持されており，感光体ドラムに対して軸方向に対向配置される。また，トナー供給ローラは，バネ等の付勢部材によって現像ローラに強く当接するように配置されている。

この種の現像装置では，現像ローラと像担持体との間のギャップを軸方向に均一にする必要がある。しかし，現像ローラは，その両端部がコロ等のスペーサ部材によって支持される構成となっている。そのため，トナー供給ローラ等によって常に像担持体側に付勢されると現像ローラの中央部が像担持体側に撓んでしまい，現像ローラと像担持体との間のギャップが不均一となる。そして，このギャップの不均一は，軸方向での画像濃度ムラの原因となる。

そこで，例えば特許文献１には，現像ローラと像担持体との間のギャップを軸方向で一定にするために，現像ローラの形状を逆クラウン形状としているものが開示されている。また，例えば特許文献２には，トナー供給ローラの芯金をクラウン形状とし，芯金と現像ローラとの間隔が一定となるように芯金を撓ませるものが開示されている。
特開２０００−１９４１９１号公報 特開平１１−３１６４９６号公報

しかしながら，前記した従来の現像装置では，次のような問題があった。すなわち，現像ローラと当接するトナー供給ローラは，トナーの供給機能の他，現像後に現像ローラ上に残留するトナーの剥離機能を有している。そして，濃度ムラや地肌かぶり等の画像ノイズの発生を抑制するには，トナーの掻き取り力について軸方向への均一性が要求される。このトナー供給ローラのトナーの掻き取り力は，現像ローラへの圧接力と当接面積との積によって決まる。

特許文献１に開示された現像装置のように，逆クラウン形状の現像ローラを利用し，現像ローラと像担持体との間のギャップを均一化したとしても，トナー供給ローラと現像ローラとの圧接力が軸方向に不均一となる。つまり，中央部では圧接力が小さくなり，端部では圧接力が大きくなる。そのため，トナーの掻き取り力にムラが生じ，画像ノイズが生じてしまう。

また，特許文献２に開示された現像装置のように，ストレート形状の現像ローラを撓ませないようにクラウン形状のトナー供給ローラを当接させても，トナーの掻き取り力のばらつきは生じる。つまり，圧接力については均一化されたとしても，当接面積については中央部の方が端部と比較して大きくなる。そのため，トナーの掻き取り力にムラが生じ，地肌かぶりを確実に抑制するまでには至っていない。

本発明は，前記した従来の現像装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，現像ローラの撓みを抑制するとともに，トナーの掻き取り力を軸方向に均一化し，画像ノイズを低減することができるトナー供給ローラおよび現像装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされたトナー供給ローラは，逆クラウン形状の現像ローラに当接し，その現像ローラにトナーを供給し，現像後にその現像ローラ上に残留するトナーを掻き取るトナー供給ローラであって，クラウン形状の芯金と，その芯金を被覆する弾性層とを有し，外形がストレート形状であることを特徴としている。

また，本発明の現像装置は，像担持体に対向配置され，その像担持体に向けてトナーを担持して搬送する現像ローラと，その現像ローラに当接し，その現像ローラにトナーを供給し，現像後にその現像ローラ上に残留するトナーを掻き取るトナー供給ローラとを有する現像装置であって，トナー供給ローラは，クラウン形状の芯金と，その芯金を被覆する弾性層とを有し，現像ローラの外形は逆クラウン形状であり，トナー供給ローラの外形はストレート形状であることを特徴としている。

すなわち，本発明のトナー供給ローラは，芯金をクラウン形状とし，さらに芯金を被覆する弾性層によりトナー供給ローラの外形がストレート形状，すなわち円柱形状となっている。このトナー供給ローラを，逆クラウン形状の現像ローラに当接させることにより，現像ローラの中央部が像担持体側に押し込まれるように撓み，現像ローラと感光体ドラムとの間のギャップが軸方向に均一化される。

さらに，本発明のトナー供給ローラでは，芯金がクラウン形状であるため，弾性層の厚みが軸方向で異なる。具体的にその厚みは，軸方向の端部で広く中央部で狭い。そのため，端部での圧接力が従来のもの（弾性層の膜厚が均等のもの）と比較して低く，弾性層の圧縮率は軸方向に均等になる。この弾性層の圧縮率とトナー供給ローラの圧接力とは等価であることから，弾性層の圧縮率が均等となることでトナー供給ローラの圧接力が軸方向に均一化される。よって，トナーの掻き取り力のばらつきが低減し，画像の濃度ムラや地肌かぶりが抑制される。

本発明によれば，芯金をクラウン形状とし，トナー供給ローラの外形をストレート形状としている。このトナー供給ローラを逆クラウン形状の現像ローラに当接させることにより，現像ローラと像担持体とのギャップを均一化するとともにトナーの掻き取り力を軸方向に均一化することができる。よって，画像ノイズの低減が図られる。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，本実施の形態は，非磁性の１成分トナーを収容・供給する現像装置を備えた電子写真方式のカラー複写機に本発明を適用したものである。

本形態の画像形成装置１００は，図１に示すように，像担持体である感光体ドラム１１を有し，その感光体ドラム１１の周囲に，感光体ドラム１１の表面を一様に帯電するための帯電装置１２と，感光体ドラム１１の表面に静電潜像を形成するための露光装置１３と，感光体ドラム１１上の静電潜像を可視像（トナー像）とするための現像装置１４と，感光体ドラム１１上のトナー像を用紙に転写するための転写装置１５と，転写残トナーを感光体ドラム１１から取り除くためのクリーニング装置１６とを感光体ドラム１１の回転方向に沿って備えている。さらに，用紙搬送路には，転写位置への用紙の搬送タイミングを調節するためのタイミングローラ１７および転写されたトナー像を用紙に定着させるための定着装置１８が設けられている。本形態では，帯電装置１２，転写装置１５，定着装置１８はいずれもローラ形状のものを用いている。また，クリーニング装置１６には，クリーニングブレードを用いる。

続いて，画像形成装置１００による画像形成の動作について簡単に説明する。画像形成装置１００は，スタート信号や画像データ等を受信することにより動作を開始する。感光体ドラム１１は，図１中の矢印方向に回転駆動される。そして，帯電装置１２と対向する位置で，帯電ローラによって一様に帯電される。次に，露光装置１３によって露光され，表面上に画像データに基づいた静電潜像が形成される。

次に，静電潜像が現像装置１４の位置に達すると，現像ローラに印加された現像バイアス電圧と感光体ドラム１１の静電潜像との間で形成される電界により帯電したトナーが移動し，静電潜像がトナーによって現像される。

一方，用紙搬送路を搬送されてきた用紙は，タイミングローラ１７にて画像先端位置にタイミングを合わせられ，感光体ドラム１１と転写装置１５との間に搬送される。そして，転写装置１５によって感光体ドラム１１上のトナー像が用紙に転写される。さらに，転写されたトナー像を保持した用紙はさらに搬送され，定着装置１８によって熱と圧力とが加えられることにより，トナー像が用紙に定着される。また，転写装置１５によって用紙に転写されず，感光体ドラム１１上に残った転写残トナーはクリーニング装置１６によって掻き取られる。これにより，１枚分の画像形成が終了する。

続いて，現像装置１４について詳説する。現像装置１４は，図２に示すように，１成分現像剤である非磁性のトナーを収容する現像容器１と，トナーを担持しトナーを感光体ドラム１１に向けて搬送する現像ローラ２と，現像ローラ２へのトナーの供給および現像ローラ２上のトナーの掻き取りを行うトナー供給ローラ３と，現像ローラ２上のトナーの厚みを規制するトナー量規制部材４と，トナー漏れを防止するトナー漏れ防止シール６とを備えている。また，現像ローラ２には，電源５が接続され，現像のためのバイアスが印加される。

現像装置１４では，トナー供給ローラ３と現像ローラ２との電位差および表面が発泡体であるトナー供給ローラ３の機械的搬送力により，現像容器１内のトナーをトナー供給ローラ３から現像ローラ２に搬送する。現像ローラ２に供給されたトナーは，現像ローラ２の回転に伴ってトナー量規制部材４により摩擦帯電されつつ薄層化され，感光体ドラム２との対向部にて静電潜像を可視化する。

現像ローラ２は，現像容器１に収容されているとともに，その一部が現像容器１の開口部によって現像容器１から露出している。また，現像ローラ２は，図３に示すように，感光体ドラム１１に対して両端部に設けられたコロ等のスペーサ部材８によって接触配置されている。また，現像ローラ２は，トナー供給ローラ３が強く当接していることから，感光体ドラム１１側に付勢されている。そのため，現像ローラ２は，感光体ドラム１１の長手方向に沿って，僅かな隙間（およそ１５０μｍ）をもって対向するように構成されている。また，現像ローラ２は，図４に示すように，その外形が逆クラウン形状であり，端部の直径が中央部の直径よりも大きい。

トナー供給ローラ３は，現像容器１に収容されているとともに，現像ローラ２に強く当接している。また，トナー供給ローラ３は，現像ローラ２に対してカウンター方向に回転駆動される。

また，トナー供給ローラ３は，図５に示すように，芯金３１と，その芯金３１の周囲に位置し，発泡部材からなる弾性層３２とを有している。具体的に本形態では，芯金３１にメッキを施したＳＵＭ（快削鋼）を用いる。なお，芯金３１としては，防錆処理を行った金属であれば適用可能である。また，芯金３１の芯金径は，軸方向の端部よりも中央部の方が大きい。すなわち，クラウン形状をなしている。

また，弾性層３２の材質としては，ウレタンフォームを用いる。なお，弾性層３２としては発泡部材であればよく，この他に例えばシリコンフォームが適用可能である。この芯金３１を被覆する弾性層３２は，トナー供給ローラ３の外形がストレート形状となるように加工される。

本形態のトナー供給ローラ３では，芯金３１をクラウン形状であり外形がストレート形状であるため，弾性層３２の厚みが軸方向で異なる。具体的には，軸方向の端部の厚みが広く中央部の厚みが狭い。そのため，現像ローラ２への圧力が軸方向の端部で高くても，弾性層の圧縮率は軸方向に均等になる。すなわち，トナー供給ローラの圧接力が軸方向に均一化される。

［実施の形態の評価］
続いて，本形態のトナー供給ローラ３の評価結果について説明する。本評価では，コニカミノルタ社製の「magicolor2300DL」（以下，「評価機」とする）を利用し，トナー供給ローラの構成を変えて評価を行った。

具体的には，トナー供給ローラの構成Ａ（本発明の形態）として，次のようなものを用意した。すなわち，芯金の形状として，端部の直径（図５中のφＡおよびφＥ，「基準径」とする）を５ｍｍとし，その端部から全長の１／４の部分（図５中のφＢ）を基準径＋３０μｍとし，全長の１／２の部分（図５中のφＣ）を基準径＋４０μｍとし，全長の３／４の部分（図５中のφＤ）を基準径＋３０μｍとし，トナー供給ローラの全体形状の直径（図５中のφＦ）を１２ｍｍとするもの，つまり芯金をクラウン形状とし，外形をストレート形状とするものを用意した。

一方，比較例としてのトナー供給ローラの構成Ｂ（従来の形態）として，次のようなものを用意した。すなわち，ストレート形状の芯金（直径を５ｍｍ）を有し，ストレート形状のトナー供給ローラ（直径を１１．５ｍｍ）を用意した。

さらに，比較例としてのトナー供給ローラの構成Ｃ（従来の形態）として，次のようなものを用意した。すなわち，クラウン形状の芯金（構成Ａと同様のもの）を有し，クラウン形状のトナー供給ローラ（弾性層厚を６．５ｍｍ）を用意した。

また，現像ローラの構成として，次のようなものを用意した。すなわち，ゴムコート部分の端部の直径（「基準径」とする）を１６ｍｍとし，その端部から全長の１／４の部分を基準径−３０μｍとし，全長の１／２の部分を基準径−４０μｍとし，全長の３／４の部分を基準径−３０μｍとし，その外形を逆クラウン形状とするものを用意した。

結果を表１に示す。

まず，濃度ムラについて評価を行った。本評価では，シアンのべた画像を１０枚印字し，１０枚の画像の中央部のＣＤ方向（現像ローラの軸方向）の濃度差を測定した。濃度差の測定には，Macbeth社製の透過濃度計「PROCESS MEASURMENT TD-904」を用いた。そして，各プリントサンプルについてそれぞれ１５箇所測定し，濃度の最も高い部分と低い部分との差が０．１以下であれば良好（○），０．１よりも大きければ不良（×）と判断した。

本評価の結果，構成Ａ（本発明の形態）では，濃度差が小さく（０．０１〜０．０５），ほとんどのサンプルで濃度ムラの少ない良好な画像が得られた。一方，構成Ｂ（従来の形態）では，濃度差が大きく，幾つかのサンプルに濃度ムラが発生した。構成Ｃ（従来の形態）でも同様に，濃度差が大きく，幾つかのサンプルに濃度ムラが発生した。

次に，地肌かぶりについての評価を行った。本評価では，印字率５％のテスト画像を４５００枚印刷し，その後白べた画像を印刷し，その白べた画像の地肌部分のかぶり量を目視で評価した。評価基準は，目視で認識できなければ良好（○），認識できるのであれば不良（×）とした。

本評価の結果，構成Ａ（本発明の形態）では，目視で認識できるものはほとんどなく，良好な画像が得られた。一方，構成Ｂ（従来の形態）や構成Ｃ（従来の形態）では，目視できるものが散見され，幾つかのサンプルに地肌かぶりが発生した。

次に，トナーの掻き取り性の評価を行った。本評価では，初期段階でのトナー粒径分布と，白べた画像を１０枚印刷した後のトナー粒径分布を測定した。測定した粒径分布を標準ＳＮ比で計算した。評価基準は，トナーの粒径の差が少なくＳＮ比が３０以上であれば良好（○），トナーの粒径の差が大きくＳＮ比が３０よりも小さければ不良（×）とした。

本評価の結果，構成Ａ（本発明の形態）では，ＳＮ比が大きく（３０〜３５），小径のトナーまで掻き取られていた。つまり，掻き取り性が良いことがわかった。一方，構成Ｂ（従来の形態）では，ＳＮ比が小さく，小径のトナーが多く含まれていた。つまり，掻き取り性が悪いことがわかった。構成Ｃ（従来の形態）についても同様に，ＳＮ比が小さく，掻き取り性が悪いことがわかった。

この評価結果により，トナー供給ローラの芯金をクラウン形状にし，トナー供給ローラをストレート形状とすることによって，濃度ムラ，地肌かぶりおよびトナーの掻き取り性が改善されることがわかった。つまり，トナー供給ローラの芯金をクラウン形状とし，トナー供給ローラの外形をストレート形状とすることで，トナー供給ローラと現像ローラとの間の圧接力（弾性層の圧縮率）が軸方向で均一となる。そのため，濃度ムラが改善されることに加え，地肌かぶりやトナーの掻き取り性が改善されることがわかった。

以上詳細に説明したように本形態の現像装置１４は，外形が逆クラウン形状の現像ローラ２と，芯金３１がクラウン形状であり，弾性層３２を含めた外形がストレート形状のトナー供給ローラ３とを有することとしている。すなわち，トナー供給ローラ３の外形をストレート形状とすることにより，クラウン形状の芯金３１との間で弾性層３２に厚み分布が設けられる。そして，軸方向の端部の厚みが大きいことから端部の圧接力が低減される。よって，現像ローラ２との圧接力が軸方向で均等になる。具体的には，弾性層３２の層厚が大きい端部では圧力が大きく，膜厚が小さい中央部では圧力が小さい。そのため，軸方向での弾性層の圧縮率が均等になり，トナーの掻き取り力のばらつきが改善される。よって，軸方向の濃度ムラや地肌かぶりが低減し，高画質化を図ることができる。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，本発明は，カラープリンタ，モノクロプリンタ，コピー機，ファクシミリ等の各種の画像形成装置に適用可能である。

また，像担持体としてローラ形状の感光体ドラムを用いているが，ベルト状の感光体ベルトを使用してもよい。また，帯電装置は，ローラ帯電方式のほか，コロナ放電方式の帯電チャージャ，ブレード，ブラシ等を使用してもよい。また，露光装置は，レーザによるものでもＬＥＤによるものでもよい。また，転写装置は，転写ローラのほか，転写チャージャを使用してもよい。あるいは，感光体から用紙へ直接トナー像を転写する方式のほか，中間転写体を備え，２段階以上の転写を行う方式であってもよい。また，クリーニング装置は，クリーニングブレードのほか，クリーニングブラシ，クリーニングローラまたはそれらの組合せでもよい。あるいは，現像装置によって転写残トナーの回収を行うものであってもよい。また，定着装置は，定着ローラのほか，定着ベルトを用いてもよいし，非接触方式のものであってもよい。

実施の形態にかかる画像形成装置の概略構成を示す図である。 実施の形態にかかる現像装置の概略構成を示す図である。 感光体ドラムおよび現像装置の配置を示す平面図である。 実施の形態にかかる現像ローラの概略構成を示す図である。 実施の形態にかかるトナー供給ローラの概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 現像容器
２ 現像ローラ
３ トナー供給ローラ
３１ 芯金
３２ 弾性層
１１ 感光体ドラム
１４ 現像装置
１００ 画像形成装置

Claims (3)

1. 逆クラウン形状の現像ローラに当接し，その現像ローラにトナーを供給し，現像後にその現像ローラ上に残留するトナーを掻き取るトナー供給ローラにおいて，
   クラウン形状の芯金と，
   前記芯金を被覆する弾性層とを有し，
   外形がストレート形状であることを特徴とするトナー供給ローラ。
2. 像担持体に対向配置され，その像担持体に向けてトナーを担持して搬送する現像ローラと，その現像ローラに当接し，その現像ローラにトナーを供給し，現像後にその現像ローラ上に残留するトナーを掻き取るトナー供給ローラとを有する現像装置において，
   前記トナー供給ローラは，
   クラウン形状の芯金と，
   前記芯金を被覆する弾性層とを有し，
   前記現像ローラの外形は逆クラウン形状であり，前記トナー供給ローラの外形はストレート形状であることを特徴とする現像装置。
3. 像担持体に対向配置され，その像担持体に向けてトナーを担持して搬送する現像ローラと，その現像ローラに当接し，その現像ローラにトナーを供給し，現像後にその現像ローラ上に残留するトナーを掻き取るトナー供給ローラとを有する現像装置において，
   前記トナー供給ローラは，
   クラウン形状の芯金と，
   前記芯金を被覆する弾性層とを有し，
   前記現像ローラと当接した状態で前記トナー供給ローラの弾性層の圧縮率が軸方向で均等であることを特徴とする現像装置。

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