(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が弾性を有する材料により形成されたローラ本体と、このローラ本体の両端から突出されて現像剤が収納される現像剤容器の両側に回転自在に支持されるローラ軸と、前記ローラ本体の中間部における外周面に形成されて像担持体の画像形成領域に接触される領域であって前記ローラ本体の長手方向に沿った形状が平坦形状である現像領域と、前記ローラ本体の前記現像領域の外径よりも大きな外径に定められて前記ローラ本体の両端部に形成された大径部とを具備することを特徴とする現像ローラ。
【請求項２】
大径部と現像領域との外径の差が現像剤の平均粒径よりも大きな値に設定されていることを特徴とする請求項１記載の現像ローラ。
【請求項３】
大径部と現像領域との外径が、成形時に成形金型により定められていることを特徴とする請求項１又は２記載の現像ローラ。
【請求項４】
大径部と現像領域とが、ローラ本体の表面にコーティングすることにより層構造で形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の現像ローラ。
【請求項５】
少なくとも表面が弾性を有する材料により形成されるとともに、両端から突出するローラ軸が現像剤を収納する現像剤容器の両側に回転自在に支持されるローラ本体を設け、このローラ本体の中間部における外周面に対するコーティング回数より両端部におけるコーティング回数を多くする条件をもって前記ローラ本体の表面にコーティング材をコーティングすることにより、前記ローラ本体の中間部に像担持体の画像形成領域に接触される領域であって前記ローラ本体の長手方向に沿った形状が平坦形状である現像領域を形成するとともに、前記ローラ本体の両端部に前記現像領域の外径よりも大きな外径に定められた大径部を形成するようにしたことを特徴とする現像ローラの製造方法。
【請求項６】
像担持体の外周に、少なくとも潜像形成部と、請求項１ないし４の何れか一記載の現像ローラを具備する現像部と、転写部とを配置したことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、現像ローラ及びその製造方法、画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、像担持体の表面に威勢された静電潜像を現像する現像装置としては、現像剤が収納された現像剤容器に現像ローラを設け、この現像ローラを像担持体に接触させることにより、現像剤を像担持体に供給して静電潜像を現像するようにしたものが知られている。
【０００３】
像担持体に現像ローラを圧接する方法としては、定位置で回転する像担持体に現像ローラをばね圧により圧接する方法と、像担持体及び現像ローラの外径と軸受の位置を定める方法とがあり、後者が構造の簡略化及びコストダウンの上で有利である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
像担持体及び現像ローラの軸受の位置を一定に定めた現像装置では、両者の外径と軸間距離とにより像担持体への現像ローラの圧接力が変化する。この場合、現像ローラの少なくとも表面は弾性を有する材料により形成されているが比較的硬い（ＪＩＳ規格のＡ４０°程度）ので、像担持体に対する現像ローラの圧接力が大き過ぎる場合がある。このような場合には像担持体や現像ローラを駆動するトルクが大きくなるためにトルクの大きなモータを必要とし、装置が大型になるとともに重量増となり、さらに高価格化する問題がある。
【０００５】
また、像担持体と現像ローラとの軸間距離が短いと、現像ローラは両端の位置が軸受により固定されているため撓み、その反力で像担持体を強く圧接する。このように、像担持体に対する現像ローラの圧接力が大き過ぎると、現像剤が現像ローラによって像担持体から剥離される。この剥離作用は圧接力の他に像担持体と現像ローラとの線速差の大きさにも影響される。この剥離により画像カスレが生じる。さらに、像担持体に対する現像ローラの圧接力が大き過ぎると、像担持体の静電潜像に対して所定の電位差をもつように帯電されている筈の現像剤が像担持体の電荷により逆帯電されてしまう。この結果、現像剤が潜像形成領域外に浮遊し地肌汚れが発生する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の現像ローラは、少なくとも表面が弾性を有する材料により形成されたローラ本体と、このローラ本体の両端から突出されて現像剤が収納される現像剤容器の両側に回転自在に支持されるローラ軸と、前記ローラ本体の中間部における外周面に形成されて像担持体の画像形成領域に接触される領域であって前記ローラ本体の長手方向に沿った形状が平坦形状である現像領域と、前記ローラ本体の前記現像領域の外径よりも大きな外径に定められて前記ローラ本体の両端部に形成された大径部とを具備する。従って、像担持体に対する現像ローラの圧接力が大きい場合でも、像担持体の画像形成領域と現像ローラの現像領域との圧接力が高くなることはない。この場合、現像ローラの大径部と現像領域との外径の差は、現像剤の平均粒径よりも大きな値が望ましい。
【０００７】
請求項３記載の現像ローラは、請求項１又は２記載の発明において、大径部と現像領域との外径が、成形時に成形金型により定められている。従って、大径部と現像領域との外径は成形時に定められる。
【０００８】
請求項４記載の現像ローラは、大径部と現像領域とが、ローラ本体の表面にコーティングすることにより層構造で形成されている。従って、ローラ本体の寸法のバラツキに拘らず、コーティングにより所望の外径に形成することが可能となる。
【０００９】
請求項５記載の現像ローラの製造方法は、少なくとも表面が弾性を有する材料により形成されるとともに、両端から突出するローラ軸が現像剤を収納する現像剤容器の両側に回転自在に支持されるローラ本体を設け、このローラ本体の中間部における外周面に対するコーティング回数より両端部におけるコーティング回数を多くする条件をもって前記ローラ本体の表面にコーティング材をコーティングすることにより、前記ローラ本体の中間部に像担持体の画像形成領域に接触される領域であって前記ローラ本体の長手方向に沿った形状が平坦形状である現像領域を形成するとともに、前記ローラ本体の両端部に前記現像領域の外径よりも大きな外径に定められた大径部を形成するようにした。従って、ローラ本体の寸法及び形状に拘らず、コーティング工程のみで大径部と現像領域との外径が所望の値に定められる。
【００１０】
請求項６記載の画像形成装置は、像担持体の外周に、少なくとも潜像形成部と、請求項１ないし４の何れか一記載の現像ローラを具備する現像部と、転写部とを配置した。従って、潜像形成部により像担持体の表面に形成された静電潜像は現像部により現像され、転写部により転写用紙に転写される。この場合、像担持体に対する現像ローラの圧接力が大きい場合でも、像担持体の画像形成領域と現像ローラの現像領域との圧接力が高くなることはない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。まず、図４を参照して画像形成装置の構造について説明する。１は装置本体である。この装置本体１の上部には原稿の画像を読み取る画像読取装置２が装着され、内部には像担持体ユニット３が設けられている。この像担持体ユニット３の下方には転写用紙を案内する用紙搬送路４が形成されている。
【００１２】
前記画像読取装置２は、原稿画像を読み取る読取部５と、この読取部５に供給する原稿を載置する原稿トレイ６とを有し、この原稿トレイ６は、支点軸７を中心に水平位置から仮想線Ｂで示す位置まで上方に回動し得るように支持されている。なお、原稿トレイ６は図示しないストッパにより水平位置と仮想線Ｂで示す位置とで安定するように構成されている。
【００１３】
前記像担持体ユニット３は、ケース状に形成されたユニット本体８に、像担持体９を回転自在に設けるとともに、帯電部材１０と現像部１１と転写部１２とを像担持体９の周囲に配置して取り付けることにより形成されている。現像部１１は、前記ユニット本体８に一体に形成された現像剤容器１３と、この現像剤容器１３の内部に収納された現像剤を撹拌する回転自在の撹拌器１４と、像担持体９に接触する現像ローラ１５と、この現像ローラ１５に現像剤を供給する供給ローラ１６と、現像ローラ１５に接触されたブレード１７とを有する。さらに、像担持体ユニット３の上部には、画像信号に基づいて変調されたレーザ光を像担持体９の帯電部分に走査することにより静電潜像を形成する潜像形成部１８が設けられている。
【００１４】
また、前記装置本体１の一側には、前記画像読取装置２により読み取られた原稿を支持するとともに、転写用紙Ｓを斜めに載置状態で支えるトレイ１９が設けられ、このトレイ１９の下方には、回転駆動される給紙ローラ２０と、一方向に付勢されてトレイ１９上の転写用紙Ｓを給紙ローラ２０に圧接する押圧板２１と、それぞれ給紙ローラ２０に弾性的に接触することにより転写用紙Ｓの重送を阻止する分離パッド２２及び分離ローラ２３とが設けられている。
【００１５】
給紙ローラ２０、分離パッド２２、分離ローラ２３は前記用紙搬送路４の入口側に配置されている。この用紙搬送路４には、給紙ローラ２０よりも下流側に位置するボトムパス２４が連通されている。さらに、用紙搬送路４の下流側には、転写用紙Ｓ上に転写された画像を定着する定着部２５が配置されている。
【００１６】
さらに、前記装置本体１には、定着部２５の上方と前記原稿トレイ６との間に配置された用紙スタッカ２６が形成されている。この用紙スタッカ２６は、原稿トレイ６を仮想線Ｂ上に回動させたときに、その原稿トレイ６の延長面上に位置して転写用紙Ｓを支える受け板２７を有している。さらに、トレイ１９とは反対側の装置本体１の側面付近には、定着部２５から排紙された転写用紙Ｓを水平方向に排紙する排紙口２８と、定着部２５から排紙された転写用紙Ｓを反転させて用紙スタッカ２６に導く反転排紙路２９とが形成されている。この反転排紙路２９の上部と下部とには、それぞれ対をなす排紙ローラ３０が配置され、また、反転排紙路２９と排紙口２８との分岐点には、転写用紙Ｓの排出方向を切り替える切替爪３１が回動自在に設けられている。
【００１７】
次に、画像読取動作と印刷動作について説明する。原稿の画像を読み取る場合には、図４に実線で示すように、原稿トレイ６を水平状態に維持して原稿を読取部５に供給する。供給された原稿は読取部５により画像が読み取られ、トレイ１９の上部に立てかけ状態で支持される。このようにして読み取った画像は、外部に送信（ファクシミリの送信モードとしての使用形態）し、或いは、トレイ１９から転写用紙Ｓを給紙してこの転写用紙Ｓに読取画像を印刷（複写機としての使用形態）することができる。或いは、外部から送信された画像を転写用紙Ｓに印刷（ファクシミリの受信モードとしての使用形態）することができる。
【００１８】
印刷の場合は、図４において、像担持体９を時計方向に回転させる過程でその表面を帯電部材１０により帯電し、原稿の読取画像又は外部から受信した画像に基づいて潜像形成部１８によって像担持体９の帯電部分に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像部１１により現像される。この現像画像は、給紙ローラ２０によりトレイ１９から給紙された転写用紙Ｓに転写される。画像が転写された転写用紙Ｓは定着部２５を通過するときに定着され、切替爪３１の向きによって排紙口２８又は用紙スタッカ２６に排紙される。
【００１９】
ここで、本実施の形態で用いる現像ローラ１５について詳述する。図１に示すように、現像ローラ１１は、ゴムやウレタン等のように少なくとも表面が弾性を有するとともに導電性を有する材料により形成されたローラ本体３２と、このローラ本体３２を貫通してローラ本体３２の両端から突出されたローラ軸３３とを有する。そして、ローラ本体３２の中間部における外周面は前記像担持体９の画像形成領域に接触される現像領域３４とされ、この現像領域３４の両端には大径部３５が形成されている。このような現像ローラ１５のローラ本体３２は成形により形成されている。従って、現像領域３４と大径部３５との外径は成形金型によって定められる。
【００２０】
図２は現像ローラの変形例である。この現像ローラ３６も、ゴムやウレタン等のように少なくとも表面が弾性を有するとともに導電性を有する材料により形成されたローラ本体３７と、このローラ本体３７を貫通してローラ本体３７の両端から突出されたローラ軸３３とを有する。このローラ本体３７の両端部には端面に向かうに従い外径が次第に小さくなるようにテーパー部３８が形成されている。このようなローラ本体３７の全外周には、フッ素樹脂、シリコン樹脂、ウレタン等のコーティング材３９がコーティングされ、そのコーティング層の厚さをローラ本体３７の中間部で薄く、両端部で厚くすることにより、ローラ本体３７の中間部における外周面には前記像担持体９の画像形成領域に接触される現像領域４０が形成され、両端部には現像領域４０の外径より大きい大径部４１が形成されている。
【００２１】
図１及び図２に示す何れの現像ローラ１５，３６の場合でも、大径部３５，４１の外径は、現像領域３４，４０の外径よりも大きな値に定められ、その差は現像剤の平均粒径（約８μｍ）よりも大きな値（約３０μｍ）に設定されている。図２に示す現像ローラ３６の場合は、ローラ本体３７を軸心を鉛直方向にして回転させた状態でコーティング材３９を塗布する。この場合、ローラ本体３７のストレート形状をなす中間部の外周に塗布されたコーティング材３９は速やかに下方に流れ落ちるが、上側のテーパー部３８に塗布されたコーティング材３９は、ゆっくりと流れ落ちるため、ローラ本体３７の上端部でのコーティング材３９の層が厚くなり、大径部４１が形成される。同様の方法で、ローラ本体３７の向きを天地方向に逆にしてコーティング材３９を塗布することにより、ローラ本体３７の反対側の端部にも大径部４１が形成される。もちろん、ストレート形状のローラ本体の両端におけるコーティング層の厚さを厚くして大径部を形成することも可能である。
【００２２】
このようにして製造された現像ローラ１５又は３６のローラ軸３３は、図３に示すように現像剤容器１３の両側に回転自在に支持されている。このような現像ローラ１５又は３６には高圧電源４２により例えば−４００Ｖのバイアスが印加され、供給ローラ１６には高圧電源４３により例えば−６５０Ｖのバイアスが印加される。
【００２３】
現像ローラ１５又は３６と供給ローラ１６とは、互いに圧接された状態で反時計方向に駆動されるので両者の間には摩擦が生じ、この摩擦により現像剤容器１３内の現像剤（一成分トナー）Ｔがマイナスに帯電される。現像ローラ１５又は３６に供給された現像剤Ｔは、現像ローラ１５又は３６の回転により反時計方向に運ばれる過程でブレード１７により薄層化されて像担持体９に供給され、静電潜像に付着する。
【００２４】
この場合、現像ローラ１５又は３６は像担持体９の回転方向とは逆に反時計方向に駆動されるが、両者の接触面には線速の差により摩擦が生ずる。この摩擦は、像担持体９に対する現像ローラ１５又は３６の圧接力が増加するにつれて高くなる。図５（ａ）に示すように、従来は広い面積Ａをもって現像ローラが像担持体に圧接されるので、圧接力が大き過ぎると前述したような種々の問題が発生することになる。
【００２５】
しかし、本実施の形態における現像ローラ１５又は３６は、像担持体９の非画像形成領域に接触する大径部３５又は４１と、現像領域３４又は４０との外径の差が現像剤Ｔの平均粒径（約８μｍ）よりも大きな値（約３０μｍ）に設定されているため、図５（ｂ）に示すように、像担持体９に対する現像ローラ１５又は３６の接触面積Ａが小さい。すなわち、現像ローラ１５又は３６の両端付近の大径部３５又は４１は圧接力により変形して像担持体９の非画像形成領域に接触するが、現像領域３４又は４０は像担持体９の画像形成領域に対して圧接力が小さく接触面積Ａも小さい。
【００２６】
これにより、像担持体９や現像ローラ１５又は３６、或いは供給ローラ１６を駆動するモータとしてトルクの小さいモータを用いることができる。さらに、像担持体９に付着した現像剤Ｔが現像ローラ１５又は３６により像担持体９から剥離される作用が抑制されるため、画像カスレの発生を防止することができる。さらに、画像形成領域においては、像担持体９に対する現像ローラ１５又は３６の圧接力を低く抑えることができるため、像担持体９と現像ローラ１５又は３６との摩擦により現像剤Ｔが逆帯電させることがなく、これにより地肌汚れの発生を防止することができる。
【００２７】
以下、本実施の形態における構成での実験結果を図６及び図７に示す。図６は、像担持体９と現像ローラ１５又は３６とのニップ幅の変化に対する画像カスレの程度及び像担持体９との摩擦後のトナー帯電量の関係を示すグラフである。画像カスレの程度は、５のレベルが良、１のレベルが最悪であることを示す。この結果、実線で示すように、ニップ幅が狭い程画像カスレの発生が抑制されることが確認され、また、鎖線で示すように、ニップ幅が小さい程現像剤Ｔの電位がマイナス側（像担持体９との摩擦による逆帯電しない方向）にあることが確認された。このニップ幅は、像担持体９に対する現像ローラ１５又は３６の圧接力に対応して広くなることは言うまでもない。
【００２８】
図７は、像担持体９との摩擦後のトナー帯電量と像担持体９上の地肌トナー量との関係を示すグラフである。ここでのトナー（現像剤Ｔ）の帯電量とは、像担持体９と現像ローラ１５又は３６とのニップ幅を通過した部分における帯電量であって、像担持体９との摩擦後の帯電量である。この結果によれば、現像剤Ｔがプラス側（０μｃ／ｇ側）に近づく程、換言すれば像担持体９との摩擦により像担持体９が有する電位に近づく程、像担持体９上の地肌トナー量が増加し、地肌汚れが発生する。これにより、本発明のように、像担持体９に対する現像ローラ１５又は３６の圧接力を抑制して、像担持体９との摩擦による現像剤Ｔの逆帯電を防止することにより、地肌汚れを防止することができることが確認された。
【００２９】
なお、図１の現像ローラ１５を製造する場合、大径部と現像領域との外径を成形時に成形金型により定めるようにしてもよい。この場合、現像ローラ１５は、表面が単層構造でも多層構造でもよい。
【００３０】
図２の現像ローラ３６を製造する場合についても、ローラ本体３７を成形により単層構造又は多層構造で形成してもよい。また、大径部４１と現像領域４０とを、ローラ本体３７の表面にコーティングすることにより層構造で形成することにより、ローラ本体３７の寸法のバラツキに拘らず、コーティングにより所望の外径に定めることが可能となる。
【００３１】
図示しないが、ローラ本体の中間部における外周面に対するコーティング回数より両端部におけるコーティング回数を多くする条件をもってローラ本体の表面にコーティング材をコーティングすることにより、ローラ本体の中間部に像担持体の画像形成領域に接触される現像領域を形成するとともに、ローラ本体の両端部に現像領域の外径よりも大きな外径に定められた大径部を形成してもよい。これにより、ローラ本体の寸法及び形状に拘らず、コーティング工程のみで大径部と現像領域とを形成することができる。
【００３２】
なお、像担持体はドラム状のものに限られるものではなく、ベルトにより形成してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１及び２並びに６記載の発明によれば、ローラ本体の中間部に像担持体の画像形成領域に接触される領域であって前記ローラ本体の長手方向に沿った形状が平坦形状である現像領域を形成し、ローラ本体の両端部に現像領域の外径よりも大きな外径に定められた大径部を形成したので、像担持体に対する現像ローラの圧接力が大きい場合でも、像担持体の画像形成領域に対する現像ローラの圧接力を低めに抑えることができる。これにより、像担持体や現像ローラ等を駆動する回転系のモータにトルクの低いモータを使用して、装置の低価格化、小型化、軽量化を図ることができ、また、像担持体に対する現像ローラの圧接力を小さくして画像カスレの発生を防止することができ、さらに、像担持体との摩擦により現像剤が像担持体がもつ電位側に逆帯電されることを防止することができるため、地肌汚れの発生を防止することができる。
【００３４】
請求項３記載の発明によれば、大径部と現像領域との外径が、成形時に成形金型により定められているので、大径部と現像領域との外径を成形時に容易に定めることができる。
【００３５】
請求項４記載の発明によれば、大径部と現像領域とが、ローラ本体の表面にコーティングすることにより層構造で形成されているので、ローラ本体の寸法のバラツキに拘らず、コーティングにより所望の外径に形成することができる。
【００３６】
請求項５記載の発明によれば、ローラ本体の中間部における外周面に対するコーティング回数より両端部におけるコーティング回数を多くする条件をもってローラ本体の表面にコーティング材をコーティングすることにより、ローラ本体の中間部に像担持体の画像形成領域に接触される領域であって前記ローラ本体の長手方向に沿った形状が平坦形状である現像領域を形成するとともに、ローラ本体の両端部に現像領域の外径よりも大きな外径に定められた大径部を形成するようにしたので、ローラ本体の寸法及び形状に拘らず、コーティング工程のみで大径部と現像領域との外径を所望の値に定めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態における現像ローラを示す側面図である。
【図２】現像ローラの他の例を示す側面図である。
【図３】現像部の要部を像担持体とともに示す縦断正面図である。
【図４】画像形成装置を示す縦断正面図である。
【図５】像担持体に対する現像ローラの接触状態を示す説明図である。
【図６】像担持体と現像ローラとのニップ幅の変化に対する画像カスレの程度及び像担持体との摩擦後のトナー帯電量の関係を実験により示すグラフである。
【図７】像担持体上の地肌トナー量とトナーの帯電量との関係を実験により示すグラフである。
【符号の説明】
９      像担持体
１１    現像部
１２    転写部
１３    現像剤容器
１５    現像ローラ
１８    潜像形成部
３２    ローラ本体
３３    ローラ軸
３４    現像領域
３５    大径部
３６    現像ローラ
３７    ローラ本体
３９    コーティング材
４０    現像領域
４１    大径部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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