JP5342785B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、感光体にトナーを供給する現像ローラを備える現像装置及び該現像装置を備える画像形成装置に関するものである。

複写機やプリンタ等の画像形成装置としては、感光体に対してトナーを供給することによって感光体に形成された静電潜像を現像する現像装置を備え、当該現像装置が備える円柱形の導電体である現像ローラの表面に形成されたトナー層からトナーを感光体に受け渡すものが知られている。

このような画像形成装置においては、現像ローラと感光体との間においてトナーの受け渡しを行うために、現像ローラと感光体とに所定の電位差が生じるように電圧が印加されている。
ところが、現像ローラと感光体との間に所定の電位差が生じるように電圧を印加した状態で、現像ローラと感光体とを近づけて配置すると、現像ローラと感光体との間にリーク電流が増大し、現像ローラ表面におけるトナー層の形成が困難となる。
そこで、特許文献１には、現像ローラの周面をアルマイト層（アルミニウムの酸化皮膜）で覆うことにより、現像ローラと感光体との間における電流のリークを抑止する方法が提案されている。

しかしながら、アルマイトは抵抗が高い。このため、トナーと現像ローラとの摩擦により、トナーがチャージアップしてしまい、これによって現像ローラからトナーが離間しなくなってしまう。
特開２００４−３１８０９２号公報

上述のような問題を解決するためには、アルマイト層上にアルマイトよりも抵抗の低い材料（例えばシリコン変位ウレタン）からなる層（低抵抗層）を形成することによってトナーへの電荷注入を防止し、トナーのチャージアップを抑止することが考えられる。
しかしながら、アルマイト層上に低抵抗層を形成した場合には、現像ローラの端部において芯材となる導電体部分から低抵抗層に電流がリークし、さらには低抵抗層から感光体に電流がリークする虞がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、トナーのチャージアップによる感光体へのトナーの受渡し不良を抑止すると共に現像ローラと感光体との間におけるリーク電流を抑止することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の現像装置は、回転軸を中心に回転されながら感光体にトナーを供給する現像ローラを備える現像装置であって、上記現像ローラが、導電体からなる円柱形の芯部と、該芯部の周面を被覆する第１抵抗層と、該第１抵抗層を被覆すると共に上記第１抵抗層よりも抵抗の低い第２抵抗層と、上記現像ローラの回転軸方向の端部を介して上記芯部から上記第２抵抗層へ電流がリークすることを抑止するリーク電流抑止手段とを備えることを特徴とする。

本発明の現像装置においては、上記リーク電流抑止手段は、上記回転軸方向の上記第１抵抗層の端部と上記第２抵抗層との端部との間に形成される空間であるという構成を採用する。

本発明の現像装置においては、上記空間の上記回転軸方向の距離は、上記第２抵抗層の表面から上記感光体までの距離よりも長いという構成を採用する。

本発明の現像装置においては、上記第１抵抗層がアルマイトからなり、上記第２抵抗層がシリコン変性ウレタンを含む材料からなるという構成を採用する。

次に、本発明の画像形成装置は、静電潜像が形成された感光体にトナーを供給することによって現像を行う現像装置を備える画像形成装置であって、上記現像装置として、本発明の現像装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、リーク電流抑止手段により、上記現像ローラの回転軸方向の端部を介して上記芯部から上記第２抵抗層へ電流がリークすることが抑止される。また、第１抵抗層よりも抵抗が低い第２抵抗層によって、トナーへの電荷注入を防止し、トナーのチャージアップを抑止することができる。
したがって、本発明によれば、トナーのチャージアップによる感光体へのトナーの受渡し不良を抑止すると共に現像ローラと感光体との間におけるリーク電流を抑止することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る現像装置及び画像形成装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の説明においては、本発明の画像形成装置の一例として、複写機を挙げて説明する。

図１は、本実施形態の複写機Ｓ１（画像形成装置）の機能構成を示すブロック図である。また、図２は、複写機Ｓ１の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、複写機Ｓ１は、表示操作部１、画像読取部２、画像記憶部３、画像処理部４、印刷部５及び制御部６を備えている。
なお、本実施形態において、複写機Ｓ１は、トナーと別に、磁性を有する粉末をキャリアとして用いる、いわゆる二成分方式の複写機であるものとする。

表示操作部１は、ユーザと複写機Ｓ１とを関係付けるマンマシンインタフェースとして装置の前面に設置される（図２においては不図示）ものであり、タッチパネル１ａ及び操作キー１ｂを備えている。
タッチパネル１ａは、表示面に抵抗膜方式等の透明な面状押圧センサを設けた表示パネルであり、ユーザに提供する情報の表示を行うと共に、ユーザの操作に基づく操作信号を出力する。
操作キー１ｂは、例えば電源ボタンやコピー開始ボタン等の、タッチパネル１ａに表示される操作ボタン以外の操作キー（ハードウェアキー）であり、ユーザの操作に基づく操作信号を出力する。

画像読取部２は、制御部６から入力される制御指令に基づいて、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）によって自動給紙される原稿あるいはプラテンガラス上に載置された原稿の画像をラインセンサで読み取って原稿画像データに変換するものであり、この原稿画像データを出力するものである。
この画像読取部２は、図２に示すように、複写機Ｓ１の上部を構成するものである。そして、上記表示操作部１は、例えば、画像読取部２の近傍に配置される。

図１に戻り、画像記憶部３は、半導体メモリあるいはハードディスク装置等であり、制御部６から入力される制御指令に基づいて、画像読取部２から入力される上記原稿画像データを記憶すると共に当該原稿画像データを読み出して出力する。

画像処理部４は、制御部６から入力される制御指令に基づいて、画像記憶部３から入力される原稿画像データを印刷形式の画像データに変換して出力するものであり、必要に応じて原稿画像データに各種画像処理を施して印刷形式の画像データに変換する。
また、画像処理部４は、演算処理を行う演算処理装置やプラグラムや各種パラメータを記憶する記憶部を備えており、制御部６の制御の下、必要に応じて印刷部５の制御も行う。

印刷部５は、制御部６から入力される制御指令に基づいて用紙カセット７あるいは給紙トレー８（図２参照）から給紙される記録用紙に印刷（画像形成）を行うものであり、図２に示すように、複写機Ｓ１の略中央部を構成している。
この印刷部５は、図２に示すように、感光体ドラム（感光体）１０、帯電器２０、レーザスキャニングユニット３０、現像装置４０、クリーニングユニット５０、及び定着器７０を備えている。

感光体ドラム１０は、円柱に形状設定されると共に図２の紙面奥行き方向に延在して配置されており、その周面に静電潜像及び該静電潜像に基づくトナー像が形成されるものである。
帯電器２０は、感光体ドラム１０に対して対向配置されており、感光体ドラム１０の周面を帯電状態とするものである。
レーザスキャニングユニット３０は、感光体ドラム１０の上方に配置されており、印刷形式の画像データに基づいて射出されるレーザ光を感光体ドラム１０の周面において走査するものである。
そして、帯電器２０によって感光体ドラム１０の周面が帯電され、レーザスキャニングユニット３０によって帯電された感光体ドラム１０の周面にレーザ光が走査されることで、感光体ドラム１０の周面に、印刷形式の画像データに基づく静電潜像が形成される。

現像装置４０は、感光体ドラム１０の周面に対してトナーを供給することによって感光体ドラム１０の周面上に静電潜像に基づく画像を現像するものであり、感光体ドラム１０に対向配置される。
この現像装置４０は、現像器４１（容器）と、コンテナ４２とを備えている。なお、図３は、感光体ドラム１０と現像装置４０とを示した模式図である。

図３に示すように、現像器４１の内部には、２つのスパイラルローラ４１ａ，４１ｂと、磁気ローラ４１ｃと、規制ブレード４１ｄと、現像ローラ４１ｅとが設置されている。

２つのスパイラルローラ４１ａ，４１ｂは、現像器４１の内部に収容されるキャリアとコンテナ４２から供給されるトナーとを攪拌するものである。
磁気ローラ４１ｃは、非磁性材料からなる円筒体の内部に複数の磁石が点在的に配置された構成を有しており、当該磁石によってキャリアを引き寄せることによって、周面に磁気ブラシを形成するものである。なお、磁気ブラシは、トナーを搬送すると共にトナーを帯電させるものである。
規制ブレード４１ｄは、磁気ローラ４１ｃから所定距離だけ離間されて配置されており、磁気ブラシの厚さを調節するためのものである。

現像ローラ４１ｅは、回転軸Ｌを中心として回転されながら、磁気ローラ４１ｃにて搬送されるトナーを受け取り、受け取ったトナーを感光体ドラム１０に供給するものであり、現像器４１から半分露出されて回転可能に支持されている。
図４は、現像ローラ４１ｅの端部を拡大した拡大断面図である。この図に示すように、現像ローラ４１ｅは、アルミニウム（導電体）からなる円柱形の芯部４１ｆと、該芯部４１ｆの周面を覆うアルマイト層４１ｇ（第１抵抗層）と、該アルマイト層４１ｇを被覆すると共にアルマイト層４１ｇよりも抵抗の低いシリコン変性ウレタン層４１ｈ（第２抵抗層）とを備えている。
なお、芯部４１ｆには、直流電源及び交流電源が接続されており、直流電源により芯部４１ｆと感光体ドラム１０との間にトナーを受け渡すための所定の電位差が形成され、さらに交流電源から現像性を向上させるための交流電圧が印加される。
そして、アルマイト層４１ｇは、例えば１５μｍの厚みで形成され、１００Ｖの電圧印加時に１０^８〜１０^１１Ωの抵抗値を示す。また、シリコン変性ウレタン層４１ｈは、例えば１０μｍ以下の厚みで形成され、１００Ｖの電圧印加時に１０^３〜１０^５Ωの抵抗値を示す。

そして、本実施形態においては、図４に示すように、アルマイト層４１ｇが芯部４１ｆの全周を覆い、シリコン変性ウレタン層４１ｈの端部４１ｈ１が、アルマイト層４１ｇの端部４１ｇ１よりも、芯部４１ｆの回転軸Ｌ方向において芯部４１ｆの中央寄りとなるようにシリコン変性ウレタン層４１ｈが形成されている。
すなわち、本実施形態においては、芯部４１ｆからシリコン変性ウレタン層４１ｈに連なる導電経路において、回転軸Ｌ方向のアルマイト層４１ｇの端部４１ｇ１とシリコン変性ウレタン層４１ｈの端部４１ｈ１との間に、空間４１ｉが形成されている。
そして、当該空間４１ｉは、芯部４１ｆからシリコン変性ウレタン層４１ｈに電流がリークすることを抑止するように機能する。

なお、現像ローラ４１ｃと感光体ドラム１０とのギャップｄ１は、現像ローラ４１ｃから感光体ドラム１０へのリーク電流が許容値以下となるように設定されている。このため、回転軸Ｌ方向の空間４１ｉの長さｄ２をギャップｄ１よりも長く設定することによって、芯部４１ｆからシリコン変性ウレタン層４１ｈへのリーク電流を許容値以下となるように抑止することができ、確実に現像ローラ４１ｃから感光体ドラム１０へのリーク電流が許容値以下とされる。

コンテナ４２は、現像器４１に補給するトナーを収容するものであり、現像器４１と接続されている。

このような構成を有する現像装置４０によれば、トナーがコンテナ４２から現像器４１内部に供給され、この供給されたトナーがスパイラルローラ４１ａ，４１ｂによって攪拌されキャリアと混合される。
このようにキャリアと混合されたトナーは、磁気ローラ４１ｃによってキャリアによる磁気ブラシが形成されると、当該磁気ブラシによって現像ローラ４１ｅ側に搬送される。
そして、磁気ブラシによって搬送されたトナーは、磁気ブラシから現像ローラ４１ｅに付着し、さらに感光体ドラム１０に供給される。

ここで、本実施形態の複写機Ｓ１が備える現像装置４０においては、現像ローラ４１ｅの最表層がアルマイト層４１ｇよりも抵抗の低いシリコン変性ウレタン層４１ｈであるため、トナーと現像ローラ４１ｅとの摩擦によるトナーへの電荷注入が防止され、トナーのチャージアップが抑止される。
また、本実施形態の複写機Ｓ１が備える現像装置４０においては、芯部４１ｆからシリコン変性ウレタン層４１ｈに連なる導電経路において、回転軸Ｌ方向のアルマイト層４１ｇの端部４１ｇ１とシリコン変性ウレタン層４１ｈの端部４１ｈ１との間に、芯部４１ｆからシリコン変性ウレタン層４１ｈに電流がリークすることを抑止する空間４１ｉが形成されている。このため、芯部４１ｆからシリコン変性ウレタン層４１ｈへのリーク電流を許容値以下とすることができる。
よって、本実施形態の複写機Ｓ１が備える現像装置４０においては、トナーのチャージアップによる感光体ドラム１０へのトナーの受渡し不良を抑止すると共に現像ローラ４１ｅと感光体ドラム１０との間におけるリーク電流を抑止することができる。

図５は、本実施形態の複写機Ｓ１が備える現像装置４０と、シリコン変性ウレタン層がアルマイト層全体を被覆する（すなわち空間４１ｉが形成されていない）現像ローラを備える現像装置とにおける、ギャップｄ１（現像ローラと感光体ドラムとのギャップ）とリーク電圧（リーク電流が許容値を超える電圧）との関係を比較したグラフである。なお、図５において、グラフＡが本実施形態の複写機Ｓ１が備える現像装置４０に対応し、グラフＢがシリコン変性ウレタン層がアルマイト層全体を被覆する現像ローラを備える現像装置に対応する。
そして、図５に示すグラフは、現像ローラに印加する電圧が、Ｖｐｐ＝１．６ｋＶ、Ｖｆ＝４ｋＨｚ、Ｖｄｃ＝１００Ｖ、Ｄｕｔｙ＝４０％で、空間４１ｉの長さが０．３ｍｍで、トナーが付着した現像ローラの表面電位が３５０Ｖでの条件において取得したデータに基づくものである。
そして、図５から分かるように、本実施形態の複写機Ｓ１が備える現像装置４０においては、ｄ１が０．１７ｍｍの場合におけるリーク電圧が１．０６ｋＶであったのに対して、シリコン変性ウレタン層がアルマイト層全体を被覆する現像ローラを備える現像装置においては、ｄ１が０．１７ｍｍの場合におけるリーク電圧が０．８２ｋＶとなった。
このことから、本実施形態の複写機Ｓ１が備える現像装置４０が現像ローラから感光体ドラムへのリーク電流を抑止できることが分かった。

図２に戻り、クリーニングユニット５０は、感光体ドラム１０から記録用紙にトナー像が転写された後に、感光体ドラム１０に残存するトナーを除去するものであり、感光体ドラム１０に対向配置される。
定着器７０は、熱及び圧力を加えることによって、トナーを記録用紙に対して定着させるものであり、記録用紙の搬送経路であって、現像装置４０の後流側に配置されている。

そして、このように構成された印刷部５においては、帯電器２０によって感光体ドラム１０の表面が帯電され、この帯電された感光体ドラム１０に対してレーザスキャニングユニット３０にてレーザ光を照射することによって感光体ドラム１０に静電潜像を形成する。その後、当該静電潜像を現像装置４０によって現像し、現像されたトナー像を記録用紙に転写した後、定着器７０にてトナーを記録用紙に定着させることによって印刷が行われる。

図１に戻り、制御部６は、本実施形態の複写機Ｓ１の全体の制御を行うものである。表示操作部１、画像読取部２、画像記憶部３、画像処理部４及び印刷部５と電気的に接続されている。

以上のような構成を有する複写機Ｓ１においては、制御部６の制御の下、ユーザの表示操作部１の操作に基づいて、画像読取部２にセットされた原稿の画像データが読み込まれ、読み込まれた画像データが画像記憶部３に記憶される。画像記憶部３に記憶された画像データは、画像処理部４において印刷形式の画像データに変換され印刷部５に入力する。そして、印刷部５では、画像処理部４から入力された印刷形式の画像データに基づいて印刷用紙への画像形成が行われる。その後、画像が形成された印刷用紙が印刷物として複写機Ｓ１の外部に排出される。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳説したが、具体的な構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において設計変更等が可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明の画像形成装置の一例として複写機を挙げて説明した。
しかしながら、画像形成装置がファクシミリや複合機等であっても良い。
また、色ごとの感光体ドラム１０を備える、いわゆるタンデム方式の複写機に本発明を適用することもできる。

また、本発明の画像形成装置は、感光体ドラムに現像されたトナー像を一旦中間転写体に転写し、当該中間転写体から記録用紙にトナー像を転写する複写機に適用することもできる。

また、上記実施形態においては、現像ローラ４１ｅの芯部４１ｆがアルミニウムからなる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、芯部４１ｆを銅等の他の導電体からなるように構成しても良い。

また、上記実施形態においては、本発明における第１抵抗層がアルマイト層４１ｇであり、第２抵抗層がシリコン変性ウレタン層４１ｈである構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、第１抵抗層が相対的に高い抵抗を有する材料からなり、第２抵抗層が相対的に低い抵抗を有する材料からなれば良い。例えば、第２抵抗層は、シリコン変性ウレタンによって形成される必要はなく、シリコン変性ウレタンを含む材料から形成されていても良い。

また、上記実施形態においては、芯部４１ｆからシリコン変性ウレタン層４１ｈに生じるリーク電流を抑止するリーク電流抑止手段として、空間４１ｉを備える構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、芯部４１ｆからシリコン変性ウレタン層４１ｈに流れるリーク電流を抑止可能な材料からなるリーク電流抑止層を空間４１ｉに換えて設置しても良い。

また、上記実施形態においては、空間４１ｉがアルマイト層４１ｇの表面上（シリコン変性ウレタン層４１ｈの側方）に形成される構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、上述のように空間４１ｉに換えてリーク電流抑止層を設置する場合には、芯部４１ｆの端部全体をリーク電流抑止層とすることも可能である。

本発明の一実施形態である複写機の機能構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態である複写機の概略構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態である複写機の備える感光体ドラムと現像装置とを示した模式図である。 本発明の一実施形態である複写機の備える現像ローラの拡大断面図である。 本発明の一実施形態である複写機が備える現像装置と、シリコン変性ウレタン層がアルマイト層全体を被覆する現像ローラを備える現像装置とにおける、現像ローラと感光体ドラムとのギャップとリーク電圧との関係を比較したグラフである。

符号の説明

Ｓ１……複写機（画像形成装置）、Ｌ……回転軸、１０……感光体ドラム（感光体）、４０……現像装置、４１……現像器、４１ｅ……現像ローラ、４１ｆ……芯部、４１ｇ……アルマイト層（第１抵抗層）、４１ｈ……シリコン変性ウレタン層（第２抵抗層）、４１ｉ……空間（リーク電流抑止手段）、ｄ１……ギャップ、ｄ２……長さ

Claims (4)

1. 回転軸を中心に回転されながら感光体にトナーを供給する現像ローラを備える現像装置であって、
   前記現像ローラは、
   導電体からなる円柱形の芯部と、
   該芯部の周面を一方の端部から他方の端部まで連続して被覆する第１抵抗層と、
   該第１抵抗層を被覆すると共に前記第１抵抗層よりも抵抗の低い第２抵抗層と、
   前記現像ローラの回転軸方向の端部を介して前記芯部から前記第２抵抗層へ電流がリークすることを抑止するリーク電流抑止手段と
   を備え、
   前記リーク電流抑止手段は、前記回転軸方向の前記第１抵抗層の端部と前記第２抵抗層との端部との間に形成される空間である
   ことを特徴とする現像装置。
2. 前記空間の前記回転軸方向の距離は、前記第２抵抗層の表面から前記感光体までの距離よりも長いことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記第１抵抗層がアルマイトからなり、前記第２抵抗層がシリコン変性ウレタンを含む材料からなることを特徴とする請求項１または２記載の現像装置。
4. 静電潜像が形成された感光体にトナーを供給することによって現像を行う現像装置を備える画像形成装置であって、
   前記現像装置として、請求項１〜３いずれかに記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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