(57)【要約】【課題】小型軽量化を図ったカートリッジ方式で画像不良を低減できる現像装置を提供する。【解決手段】芯金２１の周囲に弾性層２２を有する現像ロール２０と、この現像ロール２０に当接されるトナー供給ロール３０及び現像ブレード４０とを具備すると共に電子写真式画像形成装置に着脱自在に設けられる現像装置であって、前記現像ロール２０の前記弾性層２２が、長手方向中央部から端部に向かって直径が漸大する逆クラウン形状を有し、且つ当該現像ロール２０は前記トナー供給ロール３０及び現像ブレード４０の押圧力により芯金がたわんだ状態で保持されており、前記現像ロールの感光体との接触領域の長手方向両端部の半径方向の表面位置を基準とした中央部の半径方向の表面位置は、凸方向を＋で表した場合、０μｍ〜＋５０μｍの範囲となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金の周囲に弾性層を有する現像ロールと、この現像ロールに当接されるトナー供給部材及びトナー規制部材の少なくとも一方とを具備すると共に電子写真式画像形成装置に着脱自在に設けられる現像装置であって、前記現像ロールの前記弾性層が逆クラウン形状を有し、且つ当該現像ロールは前記トナー供給ロール及び現像ブレードの押圧力により芯金がたわんだ状態で保持されており、前記現像ロールの感光体との接触領域の長手方向両端部の半径方向の表面位置を基準とした中央部の半径方向の表面位置は、凸方向を＋で表した場合、０μｍ〜＋５０μｍの範囲となることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、前記弾性層の長手方向両端部の直径と中央部の直径との差である逆クラウン量が、５５μｍ未満であることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の現像装置において、前記芯金の支持端部に対する長手方向中央部の半径方向への突出量であるたわみ量が、８μｍ〜１３０μｍであることを特徴とする現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式による複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真式画像形成装置に着脱自在に搭載される現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式による複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真式画像形成装置の現像装置には、現像ロールと、この現像ロールに当接した状態で保持されているトナー供給部材及びトナー規制部材とが組み込まれて使用されている。近年、カートリッジとして交換可能な現像装置が用いられているが、交換時の取り扱いの容易さのために現像装置の小型軽量化を図るようになり、現像ロールの芯金を小径化して、現像ロールの小径化、軽量化が図られている。しかしながら、特にこのように小型軽量化を図ったカートリッジとして交換可能な現像装置においては、現像装置と感光ドラムとを圧接させると、現像ローラの芯金がたわんでしまい、画像不良が生じるという問題があった。
【０００３】
そして、このような小型軽量化を図った現像ロールを使用した場合の画像不良を解決する技術として、正クラウン形状とした導電性ローラが提案されている（特許文献１参照）。この技術は導電性ローラの芯軸を小径化した場合の感光ドラムへの圧接の際の、芯軸のたわみによる導電性ローラと感光ドラムのニップ領域の不均一を改善しようとするものである。
【０００４】
しかしながら、上述したカートリッジとして交換可能な現像装置において、現像ロールを正クラウン形状としても、画像不良は解消されず、特許文献１とは異なる問題が生じていることが明らかとなった。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９６６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑み、小型軽量化を図ったカートリッジ方式の現像装置において、現像ローラの芯金のたわみによる画像不良を起こさない現像装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、上述した画像不良はカートリッジとして交換可能な現像装置に組み込まれた現像ロールの芯金、特に直径が８ｍｍ以下の芯金が、トナー供給部材としてのトナー供給ロールやトナー規制部材としての現像ブレードによる押圧力によりその芯金の中央部が感光ドラムの方へ凸となるように微小にたわんでいることが原因であり、このように芯金がたわんだ状態で現像ロールを組み込んだ現像装置を用いた場合、現像ロールの両端部において感光ドラムとのニップ幅の不足が生じ、これが画像不良となることを知見し、本発明を完成させた。
【０００８】
かかる本発明の第１の態様は、芯金の周囲に弾性層を有する現像ロールと、この現像ロールに当接されるトナー供給部材及びトナー規制部材の少なくとも一方とを具備すると共に電子写真式画像形成装置に着脱自在に設けられる現像装置であって、前記現像ロールの前記弾性層が逆クラウン形状を有し、且つ当該現像ロールは前記トナー供給ロール及び現像ブレードの押圧力により芯金がたわんだ状態で保持されており、前記現像ロールの感光体との接触領域の長手方向両端部の半径方向の表面位置を基準とした中央部の半径方向の表面位置は、凸方向を＋で表した場合、０μｍ〜＋５０μｍの範囲となることを特徴とする現像装置にある。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の現像装置において、前記弾性層の長手方向両端部の直径と中央部の直径との差である逆クラウン量が、５５μｍ未満であることを特徴とする現像装置にある。
【００１０】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様に記載の現像装置において、前記芯金の支持端部に対する長手方向中央部の半径方向への突出量であるたわみ量が、８μｍ〜１３０μｍであることを特徴とする現像装置にある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、前記弾性層の長手方向中央部から端部に向かって直径が漸大する逆クラウン形状を有する現像ロールを用い、且つ当該小径化された現像ロールを前記トナー供給ロール及び現像ブレードの押圧力により芯金がたわんだ状態で保持されている現像装置としたので、現像ロールの小径化による装置の小型化を実現し、且つ現像ロールの長手方向全体に亘って感光ドラムとのニップが均一になり、良好な画像を得ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る現像装置の断面を概略的に示す図である。図１に示すように、本実施形態の現像装置１は、トナーを内蔵したカートリッジタイプのものであり、カートリッジ本体１０の開口部１１に、現像ロール２０を具備するものであり、カートリッジ本体１０の内部には、現像ロール２０に当接した状態でトナー供給部材としてのトナー供給ロール３０とトナー規制部材としての現像ブレード４０とが組み込まれている。なお、トナー供給部材としてはトナー供給ロールの他、トナー供給ブレードやトナー供給ベルトなどがあり、また、トナー規制部材としては、現像ブレードの他、トナー規制ロールなどがあり、特に限定されず、また、トナー供給部材及びトナー規制部材の何れか一方のみが設けられている場合もある。
【００１３】
現像ロール２０は、基本的に、鉄、ステンレス鋼等の金属で作製された円柱状の導電性ロール本体（芯金）２１と、この芯金２１の面長部の外周面を実質的に全面的に覆うように設けられた弾性層２２とを具備する。
【００１４】
弾性層２２は、弾性ポリマー材料をベースとし、これにカーボンブラック、金属粉末等の導電性付与剤を配合した導電性の弾性ポリマー材料により形成される。ベースの弾性ポリマー材料としては、シリコーンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、シリコーン変性エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム材料、または熱可塑性ウレタン樹脂等の熱可塑性エラストマーを用いることができる。本発明において好ましいベースポリマー材料は、合成ゴム材料である。また、導電性付与剤は、弾性層２１が１０2〜１０10Ω・ｃｍの体積抵抗値を示すような量的割合でベースポリマー材料に配合することが好ましい。さらに、弾性層２２は、２０゜〜６０゜のＪＩＳ Ａ硬度を有することが好ましい。
【００１５】
また、現像ロール２０は感光体ドラムやトナー規制部材とニップ部を形成して接触するので、弾性層２２の圧縮歪が大きいと、ニップ跡が現像ロール２０に残ってしまい、画像に悪影響を与える。したがって、弾性層２２を構成する材料は、２５％圧縮負荷の下に７０℃で２２時間置かれた後に、５％以下の圧縮永久歪を示すことが最も好ましいが、実用のレベルとして当該圧縮永久歪が１０％以下であれば支障なく使用することができる。
【００１６】
なお、弾性層２２の表面には、図示しない被覆層が設けられていてもよい。かかる被覆層は、例えば、イソシアネート化合物と、反応性シリコーンオイルと、ポリオールとを反応させて得られるウレタンシリコーンなどから形成される。また、被覆層は、１００％以上、好ましくは１３０％以上の破断点伸びを有するのが好ましい。被覆層が１００％以上の破断点伸びを有することにより、中速以上の速度での使用に際しても、被覆層は、下地の弾性層２２の変形に追従することができ、トナー漏れを効果的に防止することができるからである。
【００１７】
ここで、本発明の現像ロール２０の弾性層２２は、図２に示すように、長手方向中央部から端部に向かって直径が漸大する逆クラウン形状を有する。すなわち、弾性層２２の長手方向中央部Ｄ２の直径が一番小さく、中央部から端部に近いほど直径が徐々に大きくなって両端のＤ１及びＤ３が最大となる、いわゆる逆クラウン形状を有する。
【００１８】
また、本発明の現像ロール２０は、芯金２１が、例えば、８．０ｍｍ以下、好ましくは、６．５ｍｍ〜７．５ｍｍ程度の直径であり、且つ上述したトナー供給ロール３０及び現像ブレード４０がかなりの力で現像ロール２０に押圧された状態でカートリッジ本体１０に組み込まれているので、現像ロール２０は、芯金２１が前記トナー供給ロール３０及び現像ブレード４０の押圧力によりたわんだ状態で保持されている。
【００１９】
この状態を図３に模式的に示す。図３に図示するのは、現像ロール２０とトナー供給ロール３０であるが、現像ロール２０の芯金２１がトナー供給ロール３０とは反対方向に向かって凸となるようにたわんでいる状態を示している。
【００２０】
このように現像ロール２０は芯金２１がたわんだ状態でカートリッジ本体１０に組み込まれているので、カートリッジ本体１０の開口部１１から露出した弾性層２２の外周面は長手方向に亘って略直線状となっている。すなわち、カートリッジ本体１０の開口部１１は、現像ロール２０と感光体５０との接触領域であり、この領域の外周面の半径方向の表面位置が長手方向に亘って略直線状となっている。
【００２１】
ここで、現像ロール２０の感光体５０との接触領域において表面位置が長手方向に亘って略直線状となる状態は、長手方向両端部の半径方向の表面位置を基準とした中央部の半径方向の表面位置は、凸方向を＋で表した場合、０μｍ〜＋５０μｍの範囲となるのが好ましい。感光体５０とのニップ量を長手方向に亘って均一にとることができ、画像不良の原因となるニップ不良が防止できるからである。なお、中央部の表面位置が−となると、中央部でニップ不良が生じやすく、一方、中央部の表面位置が＋５０μｍを越えると、両端部でニップ不良が生じやすくなる。
【００２２】
このような現像装置を製造するためには、現像ロール２０の芯金２１のたわみ量と、弾性層２２の逆クラウン量とを所定の範囲に設定する必要がある。
【００２３】
現像ロール２０の芯金２１のたわみ量は芯金２１の太さや材質、並びにトナー供給ロール３０や現像ブレード４０の押圧力に依存するが、現像ロール２０がトナー供給ロール３０や現像ブレード４０から受ける押圧力は通常５００〜１０００ｇ程度であり、Ａ４サイズの芯金２１を外径１０〜６ｍｍのＳＵＭ材としたときの支持端部に対する長手方向中央部の半径方向への突出量であるたわみ量を均等荷重の計算式で計算すると、約８μｍ〜１３０μｍとなる。
【００２４】
これに対し、現像ロール２０の弾性層２２の長手方向両端部の直径と中央部の直径との差である逆クラウン量は、５５μｍ未満とするのが好ましい。これより大きくなると、画像不良が生じるからである。また、逆クラウンが全くない状態でも画像不良となるので、最低限２μｍ程度、好ましくは５μｍ程度の逆クラウン量とする必要がある。
【００２５】
よって、このような逆クラウン形状の現像ロール２０を用い、芯金２１をたわんだ状態で組み込んだ現像装置では、現像ロール２０の弾性層２２の長手方向両端部の半径方向の表面位置を基準とした中央部の半径方向の表面位置は、凸方向を＋で表した場合、０μｍ〜＋５０μｍの範囲となるのが好ましい。
【００２６】
なお、このような逆クラウン形状の弾性層２２を有する現像ロール２０の製造方法は特に限定されない。例えば、弾性層となる筒状体を押出成形して所定の長さに切断した後、筒状体内に芯金を圧入し、その後、逆クラウン形状に研磨して弾性層としてもよいし、弾性層を金型で成型し、その後、逆クラウン形状に研磨しても良いし、または、逆クラウン形状の弾性層を金型で成形してもよい。また、何れの場合にも、クラウン形状の弾性層とした後、必要に応じて被覆層を設けることができる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はそれら実施例により限定されるものではない。
【００２８】
＜実施例１〜３＞
（現像ロールの製造）
シリコーンゴムとしてカーボンブラックが配合された未硬化シリコーンゴム材料（東レ・ダウコーニング社製ＤＹ３２-４０３６）を用い、これをチューブ状に押し出し、４００℃で２分間硬化(１次硬化)させた後、所定の長さに切断し、２００℃で４時間硬化(２次硬化)させ、内径が６．５ｍｍで外径が２０ｍｍのチューブを作成した。
【００２９】
このチューブを、直径７．５ｍｍのＳＵＭ２２からなる芯金に圧縮空気を用いて圧入し、チューブ表面を下記表に示すような所定の逆クラウン形状に研磨し、面長２３４ｍｍのロールとした。
【００３０】
一方、フッ素含有ポリオール(ダイキン工業社製ゼッフル)１００重量部、導電性カーボンブラック(キャボット社製)５重量部、酢酸ブチル３００重量部を分散機で分散し、これに揮発性シリコーンオイル(信越化学工業社製ＫＦ９６Ｌ)５重量部を加えて主剤とし、この主剤と、硬化剤としてのウレタン変性ヘキサメチレンジイソシアネート(旭化成工業社製)とを、主剤のヒドロキシル基の当量と硬化剤中のイソシアネート基の当量とが１：１となるように配合してコーティング材を調製した。
【００３１】
このコーティング材を上記のロール表面に厚さが１０μｍにスプレー塗装し風乾後１６０℃で４０分加熱し、実施例１〜３の被覆層を持つ現像ロールを得た。
【００３２】
＜比較例１〜５＞
実施例と同様に製造したチューブ表面を下記表に示すような所定の逆クラウン形状に研磨し、ロールとし、実施例と同様に被覆層を形成して比較例１〜５の現像ロールを得た。
【００３３】
＜試験例１＞  （現像ロール外径測定）
レーザ測長機（東京光電子社製ＲＳＶ１５１００）を用いて両端部より２７ｍｍの位置と中央部を含め１９箇所を測定し（ｍｍ）、逆クラウン量Ｃを測定した。結果を図４〜図１１及び表１に示す。なお、逆クラウン量は以下の通りである。
【００３４】
逆クラウン量Ｃ（μｍ）＝［（Ｄ１＋Ｄ３）／２−Ｄ２］×１０００
【００３５】
＜試験例２＞（現像装置に組み込まれた現像ロールのたわみ測定）
実施例１〜３及び比較例１〜５の各現像ロールをトナーユニット(現像装置)：ＴＮ-３５０（ブラザー工業社製プリンターＨＬ-２０４０用）に組み込んで現像装置とした。
【００３６】
そして、無負荷の現像ロール、並びに現像装置に組み込まれた現像ロールの表面位置を下記の通り測定して、たわみを測定した。
【００３７】
たわみ測定：表面粗さ計（東京精密社製サーフコム１４００Ｄ）で測定長さ１８０ｍｍ、ＪＩＳ８２規格で断面測定を行い、６ｍｍ／ｓｅｃ、５００倍で測定した。
【００３８】
結果は図１２〜図１９に示す。
【００３９】
また、両端の変位（変位Ａ、Ｃとする）と、中央部の変位（変位Ｂとする）から、以下の式によりたわみを算出した。なお、各変位Ａ〜Ｃは、それぞれ周方向の異なる５箇所で測定した平均値とした。
【００４０】
たわみ（μｍ）＝（変位Ａ＋変位Ｃ）／２−変位Ｂ
【００４１】
＜試験例３＞（画像評価試験）
現像装置をブラザー工業社製プリンターＨＬ-２０４０に組み込み、Ａ４サイズで１０枚のハーフトーンの画像を印刷し、目視にて画像を確認し、以下の評価を行った。
【００４２】
評価の判断基準：○  濃度差が無く、良好
△  濃度差はあるが使用上問題なし
×  濃度差がありＮＧ
【００４３】
【表１】
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【００４４】
（試験の結果）
試験例１及び２の結果、逆クラウン量が５、２５、５０μｍの実施例１〜３の現像ロールを用いた現像装置では、たわみが４５、２８、５μｍと、それぞれ現像ロールの長手方向中央部が突出した状態となり、画像評価は良好であった。一方、表面がストレートに研磨された比較例１の現像ロールを用いた現像装置では、たわみが５０μｍとなり、特に幅方向両端側の濃度が薄く、画像不良となった。また、クラウン形状を有する比較例２、３の現像ロールを用いた現像装置では、たわみが５３、６０μｍと大きくなり、幅方向両端部の画像がさらに悪くなった。一方、逆クラウン量を５５μｍ、６０μｍとした比較例４、５の現像ロールを用いた現像装置では、たわみが０、−２μｍとなり、フラットに近い状態であったが、幅方向中央部の濃度が薄くなる傾向となり、画像不良であった。
【００４５】
以上の結果より、所定範囲の逆クラウン形状の現像ロールを用いて、その芯金をたわんだ状態で保持した現像装置は、画像を犠牲にすることなく、軽量小型化を実現することができることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係る現像装置の断面を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る現像ロールの断面を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る現像装置の現像ロール及びトナー供給ロールの断面を概略的に示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係る現像ロールの外径曲線を示す図である。
【図５】本発明の実施例２に係る現像ロールの外径曲線を示す図である。
【図６】本発明の実施例３に係る現像ロールの外径曲線を示す図である。
【図７】本発明の比較例１に係る現像ロールの外径曲線を示す図である。
【図８】本発明の比較例２に係る現像ロールの外径曲線を示す図である。
【図９】本発明の比較例３に係る現像ロールの外径曲線を示す図である。
【図１０】本発明の比較例４に係る現像ロールの外径曲線を示す図である。
【図１１】本発明の比較例５に係る現像ロールの外径曲線を示す図である。
【図１２】本発明の実施例１に係る現像ロールの断面曲線を示す図である。
【図１３】本発明の実施例２に係る現像ロールの断面曲線を示す図である。
【図１４】本発明の実施例３に係る現像ロールの断面曲線を示す図である。
【図１５】本発明の比較例１に係る現像ロールの断面曲線を示す図である。
【図１６】本発明の比較例２に係る現像ロールの断面曲線を示す図である。
【図１７】本発明の比較例３に係る現像ロールの断面曲線を示す図である。
【図１８】本発明の比較例４に係る現像ロールの断面曲線を示す図である。
【図１９】本発明の比較例５に係る現像ロールの断面曲線を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  カートリッジ本体
２０  現像ロール
２１  導電性ロール本体（芯金）
２２  弾性層
３０  トナー供給ロール
４０  現像ブレード
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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