JP4843323B2 - 現像ローラのシール構造 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる現像ローラの端部からトナーが漏出することを防止するためのシール構造に関するものである。

電子写真方式による複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、帯電、露光により像担持体である感光ドラム上に潜像を形成し、この潜像をトナーにより現像してトナー画像とする方式が採用されている。このトナー画像は、引き続き転写材（被記録体）である記録紙に転写されたのち、これに熱と圧力を加えて記録紙に定着される。

上記トナーによる現像は、回転する感光体に臨ませて設けた現像剤担持体である現像ローラの表面に現像剤を担持させ、当該現像剤のトナーを前記感光体に付着させることにより行われる。

現像剤担持体である現像ローラの外周面の長手方向における両端部付近にはそれぞれシール部材が設けられていて、これらシール部材で挟まれた中央部が現像剤を担持する現像領域となっている。現像剤としては、微細な粒子のトナーとキャリヤとからなる２成分現像剤が使用されるのが一般的であり、現像ローラの外周面の現像領域には、現像剤を担持するに適した微細な凹凸パターンが形成されている。この凹凸パターンについては、例えば特許文献１に記載されている。また、現像ローラの両端部付近には、現像剤が漏出するのを防止するため、当該現像ローラの外周面に摺接するシール部材が設けられている。

近年、この種の画像形成装置は、小型化が進んでおり、その構成部品である現像ローラも小径化する傾向にあるが、現像ローラを小径化すると、両端部のシール部でも曲率が大きくなり、これにともなって現像ローラに摺接させるシール部材の曲率も大きくせざるを得ないので、構造的に十分なシール性を確保するのが困難となっている。なお、シール性を向上させるため、シール部材と現像ローラとの接触圧を高くすると、現像ローラのトルクが大きくなるという問題点が生じる。一方、現像剤で構成される磁気ブラシを感光体にソフトに接触させることにより、該磁気ブラシによる掃きムラを低減するために、現像剤を構成するキャリヤの粒径を小さくするなどの手段が採用されているので、この点でも現像剤が漏出しやすくなっている。

このような事情のため、画像形成装置に設けられている現像装置では、現像剤担持体（現像ローラ）のシール部におけるシール性を高める手段として、種々の工夫がなされている（例えば下記特許文献２参照）。
特開２００３−３１６１４６号公報 特開２０００−２４２０７３号公報

上記特許文献２に開示されているシール構造は、現像剤が現像剤担持体とシール部材との間に侵入して、回転トルクの増大や摩擦熱による融着を防止することを目的とするもので、円筒状の現像剤担持体の両端部近傍の外周面に、当該外周面の母線に対し傾斜角を有する斜線状の複数の溝部からなる凹凸部を形成している。同文献の図示例では、この凹凸部は、現像剤担持体の現像領域の端部からシール部材が接触する部分の一部にかけて形成されていて、現像剤担持体の回転時に現像機本体内に収容された現像剤のシール部材側への侵入を阻止するとされている。

ところで、上記特許文献２に記載の技術は、シール部材の手前に形成された斜めの溝によって回転時に現像剤に中央側へ向かう力を作用させることにより、シール部材内部側への侵入を阻止するものであるから、それなりの効果は期待できるが、現像剤の移動を直接阻止するものではないので、現像剤の侵入を阻止する力は低く、シール部からの現像剤の漏出を効果的に防止できるとは考えられない。また、現像ローラの両端部で互いの向きが異なる斜線状の溝を形成するのは製作上煩雑となるおそれがある。

そこで本願発明は、比較的簡単な構成で、現像ローラの端部からの現像剤の漏出を防止できるシール構造を提供することを課題としている。

第１の本発明は、現像領域内に現像剤を担持して回転する現像ローラと、
前記現像ローラの両端部の外周部に接触して現像剤の端部側への漏出を防止するシール部材と、を備え、
前記現像ローラにおける前記シール部材が接触する箇所よりも現像領域側及び／又は端部側の位置に、前記現像ローラの周方向に平行な凸条が設けられており、
前記凸条は、前記シール部材の近傍に設けられている、現像ローラのシール構造である。

第２の本発明は、前記凸条は、前記シール部材から、前記凸条と前記シール部材との間の摩擦力が作用しない距離の内で最も小さい距離を隔てて設けられている、第１の本発明の現像ローラのシール構造である。
第３の本発明は、前記凸条の高さが、現像剤に含まれるキャリヤの体積平均粒径の１／２以上である、第１の本発明の現像ローラのシール構造である。

本願発明によれば、比較的簡単な構造でありながら、現像ローラの端部からの現像剤の漏出を効果的に防止することが可能となった。

以下、本発明に係るシール構造の実施形態について具体的に説明する。図１は画像形成装置の１例としての複写機の構成を例示するものである。この複写機１は、像担持体である感光ドラム２を備え、その下側に記録紙（転写材）Ｓを搬送する転写ベルト３が設けられている。感光ドラム２は、金属ドラムの表面に感光体の層を被覆したもので、例えばＡ−ＳＩ感光体を使用した直径４０ｍｍのドラムであり、図の矢印Ａ方向に回転する。

感光体である感光ドラム２の外周部には、当該感光ドラム２の表面を一様に帯電させる主帯電器４と、感光用のレーザ光を照射するレーザ照射装置５と、現像装置７とが回転方向に沿って順に配置されている。なお、感光ドラム２とベルト３で搬送される記録紙Ｓとが接する位置（転写部）Ｔよりも感光ドラム２の回転方向下流側には、ドラムクリーナ９と感光ドラム２用の除電器１０が設けられている。

レーザ照射装置５は、レーザ発光部と、ミラー、レンズ等の光学装置を備え、図示を省略したＣＣＤセンサからの画像信号に応じて感光ドラム２の表面にレーザ光を照射し、当該感光ドラム表面上に静電潜像を形成するものである。

現像装置７は、感光ドラム（感光体）２の表面に形成されている潜像にトナーを付着させてトナー像とするためのもので、トナー容器内のトナーを適量ずつ感光ドラム表面に供給し、このトナーで現像ローラ外周面に磁気ブラシを形成する。現像装置７の構造の詳細については、後述する。

なお、本実施の形態においては、例えば、感光体ドラムの帯電をプラスとし、プラス帯電のトナーを使用する反転現像方式を行っている。より具体的には、感光ドラムの帯電を＋４００Ｖとして、露光された部分は帯電が＋５０Ｖまで落ちるとする。そして、現像ローラに＋３００Ｖの電圧を印加して、プラス帯電のトナーを露光されて電荷が落ちた潜像部分に付着させ、トナー像を形成させる。現像ローラには、必要に応じて直流電圧に交流電圧を重畳させて印加してもよい。

転写ベルト３は、駆動ローラ１２と従動ローラ１３との間に張架された無端ベルトであり、抵抗制御されたＮＢＲの基材を備え、表面の記録紙吸着性を向上させるとともに、表面のトナー離型性を確保するために、高抵抗のウレタンバインダに分散されたＰＴＦＥのコーティングが施されている。

上記駆動ローラ１２と従動ローラ１３とは、回転軸が互いに平行に支持されるとともに、感光ドラム２の軸とも平行に設けられている。駆動ローラ１２を回転駆動すると、転写ベルト３が所定速度で所定方向（図の矢印Ｂ方向）に循環走行する。感光ドラム２の回転速度（周速Ｖ２）と駆動ローラ１２の回転速度（周速Ｖ１２）、及び転写ベルト３の移動速度（Ｖ３）と当該転写ベルト３上に吸着保持されている転写材Ｓの移動速度（Ｖｓ）は、全て等しくなるように設計されている（Ｖ２＝Ｖ１２＝Ｖ３＝Ｖｓ）。なお、これら駆動ローラ１２と従動ローラ１３の他にも、転写ベルト３に付着する余計なトナーを除去するためのベルトクリーナ１４が駆動ローラ１２よりもベルト移動方向下流側に設けられている。また、転写ベルト３の転写部Ｔよりも移動方向上流側には、当該ベルトに帯電させて記録紙Ｓを静電吸着させるためのベルト帯電器１８が設けられ、転写位置よりも下流側の、駆動ローラ１２の直前部には、転写ベルトの帯電を除去するための除電器１９が設けられている。

前記転写ベルト３を挟んで感光ドラム２と対向する位置には、バイアス印加用転写ローラ１５が設けられている。この転写ローラは、感光ドラム２表面のトナーと逆極性の電荷を転写ベルト３に与え、この電荷によって感光ドラム２上のトナー像を転写ベルト３表面の記録紙Ｓに転写させるためのもので、高圧電源１６から高電圧が印加されるとともに、バネ１７で転写ベルト３裏面に押し付けられるようになっている。

駆動ローラ１２から外れた記録紙Ｓの搬送方向下流側には定着装置３０が設けられている。定着装置３０は、環状の定着ベルト３２と加圧部材である加圧ローラ３３とを備え、前記定着ベルト３２の内側には、バックアップ部材が配置されている。

定着ベルト３２は、概略円周状の軌跡上を循環移動するようになっており、その内部に加熱用のヒータが設置されている。ヒータは、記録紙Ｓ上のトナーを溶融して当該記録紙に確実に付着させるためのもので、例えばハロゲンランプ等が用いられる。

加圧ローラ（加圧部材）３３は、図示を省略した駆動装置により、回転軸を中心に矢印Ｘ方向へ所定速度で回転駆動される。この加圧ローラ３３が回転すると、これに接触する定着ベルト３２が連れ回り式に矢印Ｙ方向へ回転する。記録紙Ｓは、画像が転写された記録媒体であり、加圧ローラ３３と定着ベルト３２との間の定着ニップ部４０の手前側から該ニップ部に送り込まれて画像の定着が行われ、矢印Ｚ方向に搬送される。

つぎに、上記現像装置７についてより詳しく説明する。現像装置７は、現像装置の断面図（ａ）、及び現像ローラ支持部の断面図（ｂ）である図２に示すように、トナーとキャリヤとからなる二成分現像剤５０を入れるトナー容器（ハウジング）５１を備えている。このトナー容器５１の前面の前記感光ドラム２と対向する位置には開口部５２が設けられていて、当該開口部５２の位置に円筒状の現像ローラ５５が設けられている。図示例の現像ローラ５５は、直径２０ｍｍの円筒であり、内部に磁石５４を内蔵していて、その断面の前面側半分が開口部５２から突出して感光ドラム２に臨み、背面側半分は容器５１内に嵌り込んだ状態となっている。なお、現像ローラ５５は、図示を省略した駆動装置により、図の矢印方向に回転させられる。

図中の５７は、現像ローラ５５の両端部付近に設けられたシール部材であり、その上部は容器５１の内壁に貼着され、現像ローラ５５の外周面に接触した状態で当該外周面に沿って配置され、その下端部は、現像ローラ５５と容器５１の隙間（約２ｍｍ）に挟み込まれた状態で、開口部５２から外側に延出している。現像ローラ５５の、両シール部材５７，５７で挟まれた部分（長手方向中央部）には、シール部材は設けられておらず、容器５１内でその外周面が現像剤５０に接触し、当該現像剤５０を外周面に付着させて磁気ブラシを形成しながら感光ドラム２側へ回転移動する。この中央部分は現像領域５５ａであり、シール部材５７が接する部分及びそれよりも外側（端部側）の部分は、トナーが付着しない非現像領域となっている。

上記現像剤５０としては、体積平均粒径が２〜８μｍで、表面形状係数ＳＦ−１が１００〜１４０であるトナーと、重量平均粒径が２５〜８０μｍ、低磁化（１キロエルステッドでの飽和磁化が３０〜５５ｅｍｕ／ｇ）であるキャリヤからなる二成分現像剤を使用した。また、シール部材５７の材質は、適度の耐摩耗性と弾性を備えたもので、具体的には、例えば厚さ０．１ｍｍのＰＥＴフィルムと、厚さ１．２ｍｍのスポンジと、フッ素繊維系の不織布（テフロン（登録商標）フェルト）を重ね合わせたものである。このシール部材５７としては、従来公知のものを使用することができる。

なお、前記容器５１の内部には２個所に凹部５８，５８が設けられ、この部分に矢印方向に回転してトナーを攪拌均質化する攪拌装置５９，５９が設けられている。

より具体的に述べると、凹部５８と５８の間の仕切壁は、攪拌装置５９の軸方向に長くて、両端部では仕切壁が無く左右の凹部５８と５８とが連通している。そして、攪拌装置５９は、回転することによって軸方向に現像剤を搬送する。このため、左右の攪拌装置は、それぞれ逆方向に搬送し、仕切壁の両端部の連通部を通って現像剤は循環される。左側の攪拌装置では、現像剤が現像ローラの内部の磁力によって引き付けられて現像ローラ上を搬送されるわけである。したがって、図２では、現像ローラの付近では、現像剤が上部のほうまで磁力で引き付けられるが、攪拌装置の部分では、現像剤は仕切壁よりも下側で循環される。

現像ローラ５５の前記現像領域５５ａ（シール部材５７，５７で挟まれた部分）には、公知のものと同様に、現像剤５０を担持するに適した微細な凹凸パターン６０が形成されている。さらに、本発明の現像ローラ５５には、シール部材５７に接するシール部５５ｂ，５５ｂ位置の近傍に、該現像ローラの周方向に平行な凸条６２，６２が形成されている。図３は、感光ドラム２側から見た現像ローラ５５の外観を表すもので、図４は図３におけるＧ矢視図である。これらの図に示されているように、現像ローラ５５の両端部には小径の軸５６，５６が突設されている。円筒状の現像ローラの両端部よりも内側（中央寄りの部分）は、現像領域の凹凸パターン６０が形成されていないシール部５５ｂ，５５ｂとなっていて、この部分がシール部材５７に接触している。そして、これらシール部５５ｂ，５５ｂの両側には、前記凸条６２，６２がそれぞれ設けられている。

前記凸条６２の高さｈは、現像剤５０の端部側への移動を効果的に阻止できるものであればよく、現像剤５０に含まれるキャリヤ５０ａの直径ｄの１／２以上とするのが現像剤の漏出を防ぐうえで好ましい（要部の拡大図である図５参照）。図３では、凸条６２が、シール部材５７を挟んで内側（中央側）と外側（端部側）の両方に設けられている。このため、内側の現像領域に付着している現像剤５０は、内側の凸条６２（Ａ）によってシール部材５７側への移動が規制されるとともに、何らかの原因で現像剤５０がシール部材５７と現像ローラ５５外周面との間に侵入しても、外側の凸条６２（Ｂ）によってそれよりも外側への漏出が防止される。

このように、凸条６２は、シール部材５７の内外両側に設けておくときわめて効果的であるが、場合によっては、内外いずれか一方に設けておくだけでも漏出防止には効果的である。凸条６２とシール部材５７との隙間は、大き過ぎると寸法的に無駄が生じるが、両者が接触する状態では、摩擦力が作用するので、現像ローラ５５の回転トルクが大きくなるという問題がある。したがって、この隙間は、凸条６２とシール部材５７とが接触しない範囲で、できるだけ小さくするのが好ましい。

なお、この現像装置７における現像ローラ５５のトルクを実測したところ、容器５１に現像剤５０を入れていない空の状態でのトルクは、０．６ｋｇｆ・ｃｍであり、容器５１に現像剤５０を充填した状態でのトルクは、１．０ｋｇｆ・ｃｍであった。この種の従来の装置のトルクは、空の状態で０．８ｋｇｆ・ｃｍ程度であるから、トルクについては何ら問題はなかった。

つぎに、図６は、上記実施形態と若干異なる例を表すもので、この実施形態では、現像ローラ５５のシール部５５ｂ，５５ｂに該現像ローラ５５の周方向に平行な凹凸パターン６５が形成されている。この凹凸パターン６５の複数の凸部が凸条６６となっている。凸条６６の高さ（凹部の深さと同じ）は、現像剤５０の横移動を阻止する効果が得られる高さとする。通常は、凸条６６の高さを上記凸条６２の場合と同程度としておけばよい。このように、シール部材５７と接触する外周面に周方向と平行な凹凸を形成しておくと、現像剤５０の軸方向への移動に対し大きな抵抗力が生じるので、現像ローラ５５の端部からの漏出を防止するうえで効果的である。また、シール部材５７との接触面積も凹部の分だけ小さくなるので、摩擦力によるトルクも小さくなる。

なお、図６には、シール部５５ｂにおける凹凸パターンが設けられた例が記載されているが、さらに異なる実施形態における現像ローラの模式的正面図である図７に示すように、このような凹凸パターンと共に、シール部５５ｂの内側及び／又は外側に、図３の実施形態におけるような現像領域５５ａの外周面よりも高い凸条６２を形成しておくと、より効果的であることは言うまでもない。

図８は、さらに異なる実施形態を表すもので、この実施形態では、シール部材５７の内面（現像ローラ５５との摺接面）に周方向に平行な（厳密に平行でなくても周方向に沿うものであればよい）凹凸が形成されていて、凸部が凸条６７となっている。このように、シール部材５７の摺接面に周方向に沿う凹凸を形成しておくと、現像剤５０の横移動に対する抵抗力が生じるので、漏出防止上の効果が期待できるとともに、シール部材５７と現像ローラ５５との摩擦力が低減するので好ましい。図９は、さらに異なる実施形態を表すもので、上記図８に示されている凹凸とともに、図３に示す凸条６２を設けた例を表している。このようにシール部材５７の凹凸とともに、現像ローラ５５に凸条６２を設けておけば、さらに効果的である。

この複写機１は、感光ドラム２の周速と転写ベルト３の移動速度が同じになるように同期させて駆動しつつ、主帯電器４で感光ドラム２の表面に均一に帯電させる。そして、レーザ照射装置５により、所定の画像に対応するようにＯＮ−ＯＦＦするレーザ光で感光ドラム表面を走査し、画像信号に対応した帯電状態の潜像を感光ドラム表面に形成する。

潜像を形成した部分は、感光ドラム２の回転とともに現像装置７の位置に達し、そこで現像ローラ５５で担持された現像剤５０のトナーが全面に供給されるが、このトナーは、帯電している部分では感光ドラム表面に静電付着し、帯電していない部分では付着しないので、潜像がトナー画像として顕像化するのである。

一方、転写材である記録紙Ｓは、上記動作と同期するように転写ベルト３上に供給される。この記録紙Ｓは、トナー像がその上にうまく転写されるように、ベルト帯電器１８によって帯電されたベルト３に静電吸着された状態で、感光ドラム２の回転と同期させて送り込まれる、感光ドラム２と転写ベルト３に挟まれる転写部Ｔでは、当該記録紙Ｓの所定場所にトナー像が転写される。この転写部Ｔでは、上記バイアス印加用転写ローラ１５によって逆極性の電荷が付与されるので、感光ドラム２上のトナー像は、当該感光ドラム２の表面から記録紙Ｓ表面に転写されるのである。

画像が転写された記録紙Ｓは、そのまま転写ベルト３により矢印Ｂ方向に送られるが、駆動ローラ１２の手前で除電器１９によって転写ベルト３が除電されるので、記録紙Ｓは転写ベルト３に吸着されなくなり、該転写ベルト３が下向きに移動方向を変える分離位置で該転写ベルト３から分離して、定着装置３０に送られる。

定着装置３０に供給される記録紙Ｓは、入口側の搬送ガイドを通って、定着ベルト３２と加圧ローラ３３で挟まれる定着ニップ部４０に送り込まれ、圧力と熱が加えられて、画像が記録紙Ｓにしっかりと付着し、定着が完了して送り出される。

本発明は、電子写真方式による複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置の現像装置に効果的に利用することができる。

複写機（画像形成装置）の概略を模式的に表す正面図である。 現像装置の断面図（ａ）、及び現像ローラ支持部の断面図（ｂ）である。 感光ドラム側から見た現像ローラの模式的正面図である。 図３におけるＧ矢視図である。 要部の拡大図である。 異なる実施形態における現像ローラの模式的正面図である。 さらに異なる実施形態における現像ローラの模式的正面図である。 さらに異なる実施形態におけるシール部の拡大模式図である。 さらに異なる実施形態におけるシール部の拡大模式図である。

符号の説明

１ 複写機（画像形成装置）
２ 感光ドラム（像担持体）
３ 転写ベルト
４ 主帯電器
５ レーザ照射装置
７ 現像装置
１５ バイアス印加用転写ローラ
５０ 現像剤
５５ 現像ローラ
５５ａ 現像領域
５５ｂ シール部
５７ シール部材
６２ 凸条
６５ 凹凸パターン
６６ 凸条
６７ 凸条

Claims (3)

1. 現像領域内に現像剤を担持して回転する現像ローラと、
   前記現像ローラの両端部の外周部に接触して現像剤の端部側への漏出を防止するシール部材と、を備え、
   前記現像ローラにおける前記シール部材が接触する箇所よりも現像領域側及び／又は端部側の位置に、前記現像ローラの周方向に平行な凸条が設けられており、
   前記凸条は、前記シール部材の近傍に設けられている、現像ローラのシール構造。
2. 前記凸条は、前記シール部材から、前記凸条と前記シール部材との間の摩擦力が作用しない距離の内で最も小さい距離を隔てて設けられている、請求項１記載の現像ローラのシール構造。
3. 前記凸条の高さが、現像剤に含まれるキャリヤの体積平均粒径の１／２以上である、請求項１記載の現像ローラのシール構造。

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