(57)【要約】【課題】経時に伴う現像剤担持体上の現像剤搬送量を常時安定化させ、安定した画像濃度を維持することのできる現像剤担持体及びこれを備えた現像装置、画像形成装置を提供する。【解決手段】回転により一定方向に現像剤を搬送し、表面に４１と４２とによる複数のパターンが形成された現像剤担持体であって、４１と４２の高低差を略等しくし、さらに４１と４２の表面積を略等しくすることにより、４１と４２の表面が現像剤に接触して磨耗される条件が等しくなり、経時に伴う現像剤担持体上の現像剤搬送量を常時安定化させると共に、安定した画像濃度を維持することができる。【選択図】図４
2008009016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凸部と凹部とによるパターンが形成され、回転により一定方向に現像剤を搬送する現像剤担持体であって、前記凸部と前記凹部の高低差とを略等しくし、さらに前記凸部と前記凹部の表面積を略等しくしたことを特徴とする現像剤担持体。
【請求項２】
前記凸部と凹部とによるパターンは、前記凸部と前記凹部とが同一形状でかつ同一個数が交互に繰り返すパターンであることを特徴とする請求項１記載の現像剤担持体。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載の現像剤担持体を備えた現像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の現像装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像剤を担持する現像剤担持体及びこれを備えた現像装置、画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を用いた画像形成装置（例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等）の現像装置においては、感光ドラム表面の静電潜像に対してトナーを供給するために、ロール状のマグネットと、その周りを回転するスリーブで構成された現像剤担持体を用いる。現像剤担持体は、外表面を粗面化してその摩擦による搬送力にて均一で薄い現像剤層を形成するために、現像剤担持体の外表面には、無数の凸凹形状が形成されている。この凸凹形状の形成手段としては、サンドブラスト処理やエッチング処理が知られている。
【０００３】
特に、サンドブラスト処理では、その射出圧力によって現像剤担持体に生じる湾曲が画質欠陥を生じさせることから、湾曲の影響を避けるため、化学的反応を利用したエッチング処理が有効とされ、多角形や線形、非線形の形状が溝によって形成された凸凹形状を有する現像剤担持体が用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１９６５８７号公報（図５、図６、図７、図８）
【特許文献２】特開２００３−３１６１４６号公報（図３、図５、図７、図８、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来は、図８（ａ）、（ｂ）に現像剤担持体の表面の凸凹形状パターンとそのＡ−Ａ断面を示すごとく、現像剤担持体上の凸凹形状が形成されていた。すなわち、従来の現像剤担持体の表面の凸凹形状パターンは、図８（ａ）に示すように、表面の凸凹形状パターンはメッシュ状の菱形であり、図８（ｂ）に示すように、その断面は幅の広い凸部８１（メッシュの穴部分）と幅の狭い凹部８２（メッシュの線部分）から構成されていた。
【０００５】
したがって、従来の現像剤担持体の表面の凸凹形状パターンにおいては、凸部８１と凹部８２の比率が等しくなく、凸部８１と凹部８２の表面上での現像剤密度が異なるため、凸部８１と凹部８２の表面それぞれが現像剤に接触し磨耗される条件が異なり、凸部８１と凹部８２の磨耗量が等しくならない。
【０００６】
また、現像剤のキャリアの粒径および凹部８２の幅にもよるが、例えば、凹部８２の面積が凸部８１の面積に比して凹部８２に現像剤が詰ったり滞留が生じる程に小さい場合、現像剤に接触して磨耗される条件がさらに異なり凸部８１と凹部８２の磨耗量がさらに等しくならない。
【０００７】
したがって、図８（ａ）、（ｂ）において、凹部８２は凸部８１と比較して現像剤から受ける圧力が小さいため初期の凸凹高低差をＧ、経時における凸凹高低差をＧ’とした場合、Ｇ＞Ｇ’となり、Ｇ≠Ｇ’となる。
【０００８】
現像剤担持体がもつ現像剤搬送量は上記凸凹形状の高低差で確保されているものの、従来の現像剤担持体では、多角形や線形、非線形の凸凹形状の構成により回転時における現像剤からの圧力が凸部８１と凹部８２に不均一に生じ、それによって凸部８１と凹部８２に圧力差が発生し、経時における凸凹の高低差が変化し易いといった技術的課題を引き起こす可能性があった。すなわち、従来の構成では経時変化による凸凹形状高低差を確保できないため、安定した現像剤搬送量および安定した画像濃度を維持することができないという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、経時に伴う現像剤担持体上の現像剤搬送量を常時安定化させ、安定した画像濃度を維持することのできる現像剤担持体及びこれを備えた現像装置、画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の現像剤担持体は、表面に凸部と凹部とによるパターンが形成され、回転により一定方向に現像剤を搬送する現像剤担持体であって、凸部と凹部の高低差を略等しくし、さらに凸部と凹部の表面積を略等しくした構成を有している。
【００１１】
この構成により、後に実験結果を示すように、回転して現像剤を担持搬送する際における現像剤からの圧力差を凸部と凹部において均一にすることができ、これによって凸部と凹部が概同等に磨耗し、経時における凸凹形状による現像剤搬送量の変化を少なく抑えることができる。
【００１２】
また、本発明の現像剤担持体は、凸部と凹部とによるパターンは、凸部と凹部とが同一形状でかつ同一個数が交互に繰り返すパターンである構成を有している。
【００１３】
この構成により、現像剤担持体表面の各部分において、必ず凸部と凹部との表面積が等しくなるので、現像剤からの圧力差を凸部と凹部において均一にすることができる。
【００１４】
また、本発明の現像装置は、上記したいずれかの現像剤担持体を備えた構成を有している。
【００１５】
この構成により、経時に伴う現像剤担持体上の現像剤搬送量を常時安定化させると共に、安定した画像濃度を維持することができる。
【００１６】
また、本発明の画像形成装置は、上記した現像装置を備えた構成を有している。
【００１７】
この構成により、経時に伴う現像剤担持体上の現像剤搬送量を常時安定化させると共に、高品質な画像が維持できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の現像剤担持体は、表面に形成されたパターンの凸部と凹部の高低差を略等しくし、さらに凸部と凹部の表面積を略等しくした構成を有すことにより、回転して現像剤を担持搬送する際における現像剤からの圧力差を凸部と凹部において均一にすることができ、これによって凸部と凹部が概同等に磨耗し、経時における凸凹形状による現像剤搬送量の変化を少なく抑えることができる。
【００１９】
したがって、経時に伴う現像剤担持体上の現像剤搬送量を常時安定化させると共に、安定した画像濃度を維持することができ、したがって、高品質な画像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態の現像剤担持体を備えた画像形成装置について、図面を参照して説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る現像剤担持体を備えた画像形成装置を示す概略構成図である。
【００２１】
図１において、本実施の形態であるカラー画像形成装置は、帯電、露光、現像、転写及び定着の各プロセスを経て記録紙に画像を形成する画像形成部１０１を備え、この画像形成部１０１には、給紙部１０２の給紙カセットに収容された記録シート１０３が、給紙部１０２から画像形成部１０１に向かう給紙経路Ａを経て逐次送り込まれる。画像形成部１０１にて所要の画像が形成された記録シート１０３は、画像形成部１０１から装置外へと向かう排紙経路Ｂを経て排紙部１０４に排出される。
【００２２】
画像形成部１０１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色成分ごとのトナー像を形成する複数のプロセスユニット１１１〜１１４と、この各プロセスユニット１１１〜１１４内の各感光体ドラム１１１ａ〜１１４ａの作像面に対して露光用の光束を走査するレーザ・スキャニング・ユニット（以下、ＬＳＵという）１１６と、各プロセスユニット１１１〜１１４内の各感光体ドラム１１１ａ〜１１４ａ上に作像された各色ごとのトナー像が順次転写されて合成される画像保持手段としての中間転写ベルト（中間転写体）１１７とを有し、各色ごとの感光体ドラム１１１ａ〜１１４ａが中間転写ベルト１１７に沿って並んで配置されたタンデム型の構造となっている。
【００２３】
各プロセスユニット１１１〜１１４内では、各帯電器１１１ｂ〜１１４ｂにより均一に帯電された各感光体ドラム１１１ａ〜１１４ａの作像面に対して、ＬＳＵ１１６から露光用の光束が走査されることで静電潜像が形成される。この各感光体ドラム１１１ａ〜１１４ａの静電潜像が、各現像装置１１１ｃ〜１１４ｃから供給される各色のトナーで現像されて色成分ごとの単色トナー像として各感光体ドラム１１１ａ〜１１４ａの作像面に形成される。
【００２４】
中間転写ベルト１１７は、駆動ローラ１２１、従動ローラ１２２に巻き掛けられて支持され、この中間転写ベルト１１７の内側には、中間転写ベルト１１７を押圧して各感光体ドラム１１１ａ〜１１４ａ上のトナー像を中間転写ベルト１１７に転写する各色ごとの１次転写ローラ１２４〜１２７が設けられている。また中間転写ベルト１１７の端部側方には、中間転写ベルト１１７上のトナー像を記録シート１０３に転写する２次転写ローラ１２８が配設されている。
【００２５】
この２次転写ローラ１２８によりトナー像が転写された記録シート１０３は、定着器１１９に搬送されて熱及び圧力によりトナー像を記録シート１０３に定着させる処理が行われる。その後、記録シート１０３は排紙経路Ｂを経て排紙ローラ１２０により排紙部１０４上に排出される。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態に係る現像剤担持体を備える現像装置を示す概略構成図である。図２では、シアン（Ｃ）色の現像装置１１１ｃについて説明するが、他の色の現像装置１１２ｃ、１１３ｃ、１１４ｃも同じ構成を有する。
【００２７】
図２において、本実施の形態の現像装置１１１ｃは、図中矢印Ａ方向に回転可能な感光体ドラム１１１ａに対向して開口するユニットケース２０１を有し、内部に現像剤を収容する。このユニットケース２０１の開口に面した箇所には、現像ロール２０２が配設されるとともに、ユニットケース２０１内には現像剤攪拌搬送のための搬送スクリュー２０３、２０４が配設され、さらには必要に応じて搬送スクリュー２０３、２０４と現像ロール２０２との間には、搬送パドル２０５が配設されている。また、現像ロール２０２に対向して現像ロール２０２表面上の現像剤の量を規制するための層規制部材２０６が配設されている。
【００２８】
ここで、現像ロール２０２は、本実施の形態では、直径１８ｍｍの円柱状磁石（マグネットロール）２０７を固定して内包しており、その周囲には図中矢印Ｂ方向に回転可能にステンレス或いはアルミニウムで構成される現像剤担持体２０８を備えている。そして、現像剤担持体２０８と感光体ドラム１１１ａとの間隔は、０．３０〜０．４０ｍｍに設定され、現像剤担持体２０８と層規制部材２０６との間隔は、０．２０〜０．１０ｍｍに設定されている。
【００２９】
また、この現像装置１１１ｃは、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を使用する二成分現像装置であり、その現像ロール２０２の現像剤担持体２０８に所定の現像バイアス電圧を印加して、感光体ドラム１１１ａとの間で、現像剤担持体上の現像剤が円柱状磁石２０７の現像極磁力によって穂立った磁気ブラシにより現像を行うようになっている。また、現像剤担持体２０８の表面には、粗面化させるために所定のパターンがエッチング処理により形成されている。
【００３０】
図３は、本発明の実施の形態に係る現像剤担持体２０８を示す斜視図である。
【００３１】
図３において、本実施の形態の現像剤担持体２０８は、表面にフォトレジスト方式のエッチングにより凸凹の表面パターンを形成している。凸凹の表面パターンの形成は、フォトレジスト方式のエッチングにより行った。すなわち、まず平面状ステンレス鋼板またはアルミニウム鋼板上にフォトレジストとして液体又はシート状の光硬化型のレジスト層を設け、そのレジスト層上に所定形状の遮光マスクを施す。そして、遮光マスクが施されたレジスト層に対して露光し、硬化していない部分のレジスト層を除去する。その後、塩酸などの酸により基材である鋼板を一定量侵食する。この際、露光により硬化していたレジスト層部分の基材は侵食を免れるため、凸凹形状が形成される。その後、凸凹が形成された基材である鋼板を円筒形に成型し、図３に示す形状の現像剤担持体を得る。
【００３２】
なお、本現像剤担持体２０８は長手方向（図中の矢印Ｘ方向）に対し現像領域Ｄの範囲において凸凹パターンを形成する。また、上記のようにして形成された凸凹パターンの凸凹高低差は、０．０５〜０．１０ｍｍとすることができたが、特に０．０５〜０．０７ｍｍとすることが好ましい。さらに、上記のようにして形成された交互の凸凹パターンの繰り返しは同一多角形状であり、現像剤担持体２０８表面における凸凹の繰り返し個数を概略同等にした。この構成により、現像剤担持体２０８表面の各部分において、必ず凸部と凹部との表面積が等しくなるので、現像剤からの圧力差を凸部と凹部において均一にすることができる。現像剤担持体２０８表面の凸凹パターンの形状はそれぞれ同一形状で、表面における凸凹の個数を概略同等とする形状であれば任意であるが、特に仰角６０度と１２０度からなる菱形、もしくはこの菱形に対して長手方向（図中の矢印Ｘ方向）に横断する境界を設けた二等辺三角形が好ましい。この時凸凹の個数の比率は、いずれか一方の個数を１とした場合、１：１が理想であるが、１：０．８〜１．２の比率であれば概ね良好な結果を得ることができる。
【００３３】
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施の形態に係る現像剤担持体２０８の表面凸凹パターンを示す平面図と断面図であって、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面を示している。図４（ａ）、（ｂ）においては、交互に繰り返す凸凹形状パターンを菱形で構成し、その個数を同等にしている。さらに凸凹高低差を略同一にしている。このように形成することによって、図４（ａ）、（ｂ）においては、凸凹の比率が概等しい形状であるため凸部４１と凹部４２の表面それぞれが現像剤に接触し磨耗される条件が等しくなり、したがって凸部４１と凹部４２の磨耗量も概等しくなる。凹部４２は凸部４１と比較して現像剤から受ける圧力が等しいため、初期の凸凹高低差をＨ、経時における凸凹高低差をＨ’とした場合、概ねＨ＝Ｈ’となる。
【００３４】
なお、凸凹形状パターンの形状はこれに限らず、図５（ａ）、（ｂ）に示すように菱形に対して長手方向に横断する境界を設けた二等辺三角形の形状のもの、或いは、図６（ａ）、（ｂ）に示すような曲線的なものでもよい。
【００３５】
すなわち、表面の凸凹形状パターンは、凸部４１と凹部４２の表面積が略等しくなるような、例えば同一形状であればよく、さらに凸部４１と凹部４２の高低差が略等しければよい。
【００３６】
図７は、本発明の一実施の形態に係る現像剤担持体２０８を備える現像装置による現像剤搬送量の記録枚数による推移を測定した結果を示すグラフである。
【００３７】
現像剤搬送量の推移を測定するのに際して、まず、４種類の現像剤担持体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２を用意した。現像剤担持体Ｘ１とＸ２は、いずれも本発明に係る現像剤担持体である。ただし、現像剤担持体Ｘ１は、凸凹形状パターンが図４（ａ）に示す菱形であり、凸凹高低差が０．０５ｍｍのものである。現像剤担持体Ｘ２は、凸凹形状パターンが現像剤担持体Ｘ１と同じ菱形であり、凸凹高低差が０．１０ｍｍのものである。一方、現像剤担持体Ｙ１は、凸凹パターン形状が図８に示す従来のものであり、凸凹高低差は現像剤担持体Ｘ１と同じく０．０５ｍｍである。また、現像剤担持体Ｙ２は、本実施の形態とは異なり、従来のサンドブラストにより表面を粗面化したものであり、このときの初期表面粗さはＲｚ＝１７で行った。
【００３８】
いずれの現像剤担持体Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２においても、現像剤担持体２０８の材質はステンレス（ＳＵＳ３１６）で同一とし、また、計測に際しては、現像剤担持体２０８と層規制部材２０６との間隔を０．７０ｍｍの一定とした。
【００３９】
図７に示すグラフでは、横軸は現像剤担持体２０８の回転距離をＡ４ヨコ通紙枚数に換算した枚数を、縦軸は各現像剤担持体２０８による現像剤搬送量をそれぞれ示している。
【００４０】
そして、現像剤担持体Ｘ１を現像装置１１１ｃ〜１１４ｃに適用した場合の現像剤搬送量を○印でプロットした線７１で、現像剤担持体Ｘ２を現像装置１１１ｃ〜１１４ｃに適用した場合の現像剤搬送量を△印でプロットした線７２で、現像剤担持体Ｙ１を現像装置１１１ｃ〜１１４ｃに適用した場合の現像剤搬送量を●印でプロットした線７３で、現像剤担持体Ｙ２を現像装置１１１ｃ〜１１４ｃに適用した場合の現像剤搬送量を▲印でプロットした線７４で、それぞれ示している。
【００４１】
図７に示すグラフから明らかなように、線７１及び線７２で示す本発明を適用した現像剤担持体２０８の現像剤搬送量は、線７３及び線７４で示す従来の現像剤担持体２０８の現像剤搬送量よりも、初期と経時における現像剤搬送量の差がはるかに小さいことがわかる。
【００４２】
すなわち、線７４の従来の現像剤担持体２０８の場合は、記録枚数６０万枚の時点で現像剤搬送量が６０ｍｇ／ｃｍ２から約３０ｍｇ／ｃｍ２まで減少（約５０％低下）し、また線７３の従来の現像剤担持体２０８の場合は、記録枚数６０万枚の時点で現像剤搬送量が７０ｍｇ／ｃｍ２から５０ｍｇ／ｃｍ２まで減少（約３０％低下）している。
【００４３】
これに対し、線７１に示す本実施の形態の場合は、記録枚数６０万枚の時点で現像剤搬送量が７８ｍｇ／ｃｍ２から約７３ｍｇ／ｃｍ２だけ減少（約６％程度低下）し、また線７２に示す本実施の形態の場合は、記録枚数６０万枚の時点で現像剤搬送量が８５ｍｇ／ｃｍ２から約８０ｍｇ／ｃｍ２だけ減少（約６％程度低下）したにすぎず、従来と比較して大きな効果が得られている。
【００４４】
これは、例えば、線７１と線７３を比較して分かるように、凸凹の高低差が同じ０．０５ｍｍでも凸凹表面形状パターンを本実施の形態のように同一形状でかつ同一個数の交互の繰り返しパターンにして、凸凹の表面積を略等しくすることにより、凸部と凹部の表面が現像剤に接触して磨耗される条件が等しくなり、現像剤搬送量の経時による低下を防止できたからである。そして、このことは、線７２に示すように、凸凹の高低差を０．１ｍｍに設定しても同様のことが言える。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明の現像剤担持体及びこれを備えた現像装置、画像形成装置は、現像剤搬送量の経時による低下を抑えることができ、高品質が要求される複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施の形態における画像形成装置の概略構成図
【図２】本発明の一実施の形態における現像剤担持体を備えた現像装置の概略構成図
【図３】本発明の一実施の形態における現像剤担持体を示す斜視図
【図４】（ａ）本発明の一実施の形態における現像剤担持体表面の凸凹パターンを示す平面図（ｂ）同凸凹パターンの断面図
【図５】（ａ）本発明の一実施の形態における現像剤担持体表面の他の凸凹パターンを示す平面図（ｂ）同他の凸凹パターンの断面図
【図６】（ａ）本発明の一実施の形態における現像剤担持体表面のさらに他の凸凹パターンを示す平面図（ｂ）同さらに他の凸凹パターンの断面図
【図７】本発明の一実施の形態における現像装置による現像剤搬送量の記録枚数による推移の測定結果を示すグラフ
【図８】（ａ）従来の現像剤担持体表面の凸凹パターンを示す平面図（ｂ）同凸凹パターンの断面図
【符号の説明】
【００４７】
１０１    画像形成部
１０２    給紙部
１０３    記録シート
１０４    排紙部
１１１〜１１４    プロセスユニット
１１１ａ〜１１４ａ    感光体ドラム
１１１ｂ〜１１４ｂ    帯電器
１１１ｃ〜１１４ｃ    現像装置
１１６    レーザ・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）
１１７    中間転写ベルト
１１９    定着器
１２０    排紙ローラ
１２１    駆動ローラ
１２２    従動ローラ
１２４〜１２７    １次転写ローラ
１２８    ２次転写ローラ
２０１    ユニットケース
２０２    現像ロール
２０５    搬送パドル
２０６    層規制部材
２０７    円柱状磁石（マグネットロール）
２０８    現像剤担持体
【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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