(57)【要約】【課題】供給ブラシローラ３の現像ローラ１への喰い込み量が、現像ローラ１端部において中央部よりも大きくなることを防止することにより、現像ローラ１上のトナーの付着量及び帯電量の安定化を図り、画像品質の劣化を防止できる画像形成装置を提供すること。【解決手段】供給ブラシローラ３をクラウン形状に成形し、現像ローラ１と供給ブラシローラ３との当接面における現像ローラ１の長手方向の曲率半径を上記当接面における供給ブラシローラ３の長手方向の曲率半径よりも大きいものを用いる。【選択図】  図２
2004258155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に潜像を担持する潜像担持体と、
現像剤を表面に担持して表面移動する現像剤担持体に当接して対向するように支持され、回転により該現像剤担持体を摺擦して現像剤を供給する供給ブラシ部材を備え、該潜像担持体上の静電潜像を現像する現像装置とを設けた画像形成装置において、
上記供給ブラシ部材はクラウン形状を有し、上記現像剤担持体と該供給ブラシ部材との当接面における該現像剤担持体の長手方向の曲率半径を該当接面における該供給ブラシ部材の長手方向の曲率半径よりも大きくしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、
上記現像剤担持体はストレート形状を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２の画像形成装置において、
上記現像剤供給ブラシ部材のブラシは導電性繊維からなり、上記現像剤担持体又は上記現像剤との摩擦により帯電された該ブラシの帯電極性は現像剤の帯電極性と逆であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３の画像形成装置において、
上記現像剤供給ブラシ部材は、上記現像剤担持体との対向部で該現像剤担持体表面の移動の向きと同じ向きに該現像剤供給ブラシ表面が移動するように回転する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、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に係り、詳しくは、表面に潜像を担持する潜像担持体と、現像剤を表面に担持して表面移動する現像剤担持体に当接して対向するように支持され、回転により現像剤担持体を摺擦して現像剤を供給する供給ブラシ部材を備え、潜像担持体上の静電潜像を現像する現像装置とを設けた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一成分系現像剤（以下、「トナー」という）を用いた画像形成装置における現像装置の一例を図１に示す。この現像装置１０１は、表面にトナーを担持し、現像領域を含む所定の循環経路にそってトナーを搬送する現像剤担持体としての現像ローラ１と、トナーを貯溜する貯溜手段８と、現像ローラ１に対向して接触し、現像剤貯溜手段に貯溜されているトナーを現像ローラ１に供給するトナー供給手段としての供給ブラシローラ３と、供給ブラシローラ３を通過した現像ローラ１上のトナーを均一な薄層に形成するブレード２とを備えているものが知られている。現像ローラ１の表面は、一般的には、ビース、若しくはサンド（砂）を一定圧力にて吹付けて、十点平均粗さＲｚを１０から２５程度の凹凸に設定させる。供給ブラシローラ３は、軸線方向に対して半径がｒとして定義される円柱の形態であり、繊維を植毛したブラシローラからなるものが知られている。この供給ブラシローラ３を円柱の形態からなる現像ローラ１に喰い込ませ、回転摺擦することによりトナーを帯電させ、現像ローラ１にトナーを付着させる。供給ブラシローラ３の現像ローラ１への喰い込み量は、供給ブラシローラ３におけるブラシの糸の太さ、毛足長さ、又は、密度等、現像ローラ１の径や材質（ＳＵＳ、Ａｌ等）等の違いにより異なる。そこで、形成される画像濃度や供給ブラシローラ３のトルク量などを指標として、現像ローラ１の中心軸と供給ブラシローラ３の中心軸の軸間距離、あるいは供給ブラシローラ３の外径を変えることにより適正化していた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１９４１９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現像装置の小型化、低コスト化、高信頼性等の観点から一成分系現像剤を用いた画像形成装置への要求が高まっている。非磁性の一成分系現像剤は透明度の観点から有利であるため、近年普及が著しいカラー画像形成装置については、なおさらである。
しかし、前記従来の一成分系現像剤を用いた画像形成装置においては、以下の不具合が発生していた。供給ブラシローラ３に対向して設けられている現像ローラ１の中心軸と供給ブラシローラ３の中心軸との軸間距離は、軸両端部共に等しく設けられているので、現像ローラ１と供給ブラシローラ３を接触させて、現像ローラ１に供給ブラシローラ３を喰い込ませたときに供給ブラシローラ３の撓みが発生していた。この結果、供給ブラシローラ３の現像ローラ１への喰い込み量が、ローラ長手方向中央部よりも端部の方で大きくなっていた。そのため、現像ローラ１における長手方向において、現像ローラ１と供給ブラシローラ３との接触圧が不均一になるという不具合があった。
現像ローラ１と供給ブラシローラ３との接触圧が強い箇所においては、現像ローラ１の凹凸部にトナーが圧着されてしまい、いわゆるフィルミングが形成されてしまった。このフィルミングにより、画像濃度が低下し画像品質に悪影響を及ぼしていた。一方、現像ローラ１と供給ブラシローラ３との接触圧が小さい箇所においては、現像ローラ１へのトナー供給不足が生じていた。その結果、現像に必要なトナー付着量やトナー帯電量を得られないことによる地肌汚れを引き起こしていた。また、トナー付着ムラにより、例えば白抜けの画像等が発生していた。
特に、Ａ０やＡ１サイズの用紙に画像形成が可能な現像ローラ１等の長手方向に大きな複写機、プリンタ等はこの現象が顕著に現れた。
【０００５】
特許文献１においては、現像ローラが上記供給ブラシ部材に対応する供給ローラに押されて撓むことを予め予測して、現像ローラを逆クラウン形状に成形することが提案されている。
特許文献１では、現像ローラの表面形状に沿って供給ローラを当接させるために、供給ローラをクラウン形状にすることも提案している。この供給ローラのクラウン量は、現像ローラの逆クラウン量と同程度が望ましいとしている。しかし、画像形成時に、潜像担持体としての感光体ドラムと現像ローラの間隙が、長手方向に均一となるよう逆クラウン形状に設計しているため、現像ローラの逆クラウン量と供給ローラのクラウン量を同程度としても、画像形成時には現像ローラと供給ローラの長手方向の接触圧を均一にすることはできない。すなわち、予め現像ローラと供給ローラの当接面における現像ローラと供給ローラの長手方向の曲率半径を同一半径Ｒ１となるよう構成しても、画像形成時には、現像ローラと供給ローラの当接面における現像ローラの長手方向の曲率半径はＲ１よりも小さい曲率半径Ｒ２となり、現像ローラと供給ローラの接触圧を均一に保つことはできない。従って、上述したフィルミング、トナー付着ムラ、白抜け等の画像不良を解決することはできない。
【０００６】
なお、供給ブラシの材質が、トナーの材質に対し帯電系列上近い位置にある材質（例えばアクリル）であると、トナーに対す摩擦帯電性能が低くトナーの帯電量が不十分となり、前記地肌汚れ、濃度ムラが発生した。また、供給ブラシの材質が、供給ブラシと接触する現像ローラ（アルミ）やトナーに対し帯電系列上トナーの正規帯電の極性（所望の帯電極性）（例えばマイナス）と同じ帯電極性側にある材質（例えばポリエステルやポリプロピレン）であると、理由は定かではないが、経時で逆帯電トナーの量が徐々に増加した。この逆帯電トナーは、感光体画像部に付着する正規帯電のトナーに引っ張られて感光体に飛翔し、地肌汚れを発生させていた。
【０００７】
また、供給ブラシローラ３を現像ローラ１との対向部で現像ローラ表面の移動の向きとは逆の向きに供給ブラシローラ表面が移動するように回転させた場合には、以下の不具合があった。供給ブラシローラ３を低回転にすると、帯電不良、トナー供給量不足が発生し、逆に供給ブラシローラ３を高回転にすると、供給したトナーが掻き落とされる現象が発生していた。従って、現像装置の設計条件が非常に厳しいものとなっていた。
【０００８】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その第一の目的とするところは、現像剤担持体の長手方向における端部において現像剤担持体の長手方向における中央部よりも供給ブラシ部材の喰い込み量が大きくなることを防止し、現像剤担持体上のトナーの付着量及び帯電量の安定化を図り、画像品質の劣化を防止できる画像形成装置を提供することである。
第二の目的とするところは、上記第一の目的に加えてブラシの帯電極性をトナーの帯電極性と逆とすることにより、トナーの帯電量の適正化を図り、地肌汚れが発生しない、常に良好な画像品質を提供することである。
第三の目的とするところは、上記第一の目的に加えて、トナー帯電量、トナー供給量が適正となる現像剤供給ブラシの設定可能な回転数の拡大を図り、現像装置の設計余裕度を大きくすることができる画像形成装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記第一の目的を達成するために、請求項１の発明は、表面に潜像を担持する潜像担持体と、現像剤を表面に担持して表面移動する現像剤担持体に当接して対向するように支持され、回転により該現像剤担持体を摺擦して現像剤を供給する供給ブラシ部材を備え、該潜像担持体上の静電潜像を現像する現像装置とを設けた画像形成装置において、上記供給ブラシ部材はクラウン形状を有し、上記現像剤担持体と供給ブラシ部材との当接面における該現像剤担持体の長手方向の曲率半径を該当接面における該供給ブラシ部材の長手方向の曲率半径よりも大きくしたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記現像剤担持体はストレート形状を有することを特徴とするものである。
上記第二の目的を達成するために、請求項３の発明は、請求項１又は２の画像形成装置において、上記現像剤供給ブラシ部材のブラシは導電性繊維からなり、上記現像剤担持体又は上記現像剤との摩擦により帯電された該ブラシの帯電極性は現像剤の帯電極性と逆であることを特徴とするものである。
上記第三の目的を達成するために、請求項４の発明は、請求項１、２又は３の画像形成装置において、上記現像剤供給ブラシ部材は、上記現像剤担持体との対向部で該現像剤担持体表面の移動の向きと同じ向きに該現像剤供給ブラシ表面が移動するように回転することを特徴とするものである。
請求項１乃至４の発明においては、供給ブラシ部材をクラウン形状とし、現像剤担持体と供給ブラシ部材との当接面における現像剤担持体の長手方向の曲率半径を前記当接面における供給ブラシ部材の長手方向の曲率半径より大きいものを用いることにより、供給ブラシ部材の現像ローラへの喰い込み量が、現像ローラ端部において中央部よりも大きくなることを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に適用した実施形態に係る画像形成装置について説明する。本実施形態に係る画像形成装置は、図１に示したように潜像担持体である感光体ドラム１００を有し、その周りに、感光体ドラム１００上に形成された静電潜像を可視像とするための以下に説明する現像装置１を備える。また、感光体ドラム１００を一様に帯電するための不図示の帯電装置、感光体ドラム１００上に静電潜像を形成するための不図示の露光装置、感光体ドラム１００上に形成された可視像を不図示の転写材に転写するための不図示の転写装置、転写材に転写されなかったトナーを感光体ドラム１００から取り除くための不図示のクリーニング装置および除電装置を備える。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る現像装置１０１の構成を示す概略構成図である。現像装置１０１は、感光体１００に対して開口するケーシング７と、ケーシング７の開口部に感光体ドラム１００と近接して対向するように支持され、トナーを感光体ドラム１００に搬送する現像ローラ１と、現像ローラ１を挟んで感光体ドラム１００と対向する部位にで現像剤供給部材としての供給ブラシローラ３とを備える。また、現像ローラ１と感光体１０１との対向部で形成される現像領域の現像ローラ１の回転方向手前側には、現像ローラ１上のトナー層の厚みを均一にならす現像剤規制部材としてのブレード２が設けられている。さらに、ケーシング７内の右側方部にある現像剤貯溜手段としてのホッパー部８に収容されているトナーを供給ブラシローラ３表面に供給し、かつ、ホッパー部８内のトナーを攪拌するアジテーター５、６を備える。
【００１２】
上記感光体ドラム１００としては、周速を２００ｍｍ／ｓｅｃとし、回転方向を図１の矢印１０に示すように時計方向となるように設定した。感光体ドラム１００の表面と現像ローラ１の間隔は、０．１２５ｍｍとし、非接触現像とした。
【００１３】
上記現像ローラ１としては、外径約２０ｍｍのアルミの芯金ローラの表面を、１．５Ｋｇ／ｃｍ２のエアー圧にてビーズブラスト粒子（＃６０）を噴き付け、表面粗さをＲｚ１０〜２５（十点平均粗さ）としたものを用いた。表面を粗らすことにより、付着トナーの搬送等を良好に行うことができる。
現像ローラ１の周速を感光体ドラム１００の周速と略等速となるように設定した。具体的には、感光体ドラム１００の周速の１．１倍にあたる２２０ｍｍ／ｓｅｃとした。回転方向は、図１の矢印１１に示すように感光体ドラム１００と現像ローラ１が近接して対向する現像領域における表面移動方向が感光体ドラム１００と同じ方向となるように設定した。
【００１４】
上記供給ブラシローラ３としては、外径約９ｍｍの芯金ローラに導電性のナイロンブラシを植毛したものを用いた。ブラシとしては、長さ３．５ｍｍ、抵抗値１０３〜１０８Ωｃｍ、糸の太さ２００ｄ／９６ｆ、密度１４４Ｋ本／ｉｎｃｈ２のものを用いた。また、帯電極性は現像ローラ１及びトナーとの摩擦帯電により正（プラス）帯電となるように設定した。
そして、ブラシ繊維を織り込んだ生地と生地の隙間であるパイル間隔を０．５ｍｍ以下とし、芯金部材の周囲に斜めに巻きつけ接着した供給ブラシを用いた。
供給ブラシローラ３は、現像ローラ１の表面に１ｍｍ喰い込んで圧接する位置に支持させ、現像ローラ１と摺擦することによりトナーを帯電させるように構成した。
供給ブラシローラ３の周速を、たとえば現像ローラ１の周速の約１．６倍に設定し、図１の矢印１２に示すように供給ブラシローラ３の表面が現像ローラ１との接触部において現像ローラ１表面と同じ向きに移動するように設定した。この結果、供給ブラシローラ３を現像ローラ１との対向部で現像ローラ１表面の移動の向きとは逆の向きに回転させた場合に比して、適正な帯電量、トナー供給量とするための供給ブラシローラ３に設定可能な回転数の適正範囲が拡大し、現像装置の設計余裕度を大きくすることができる。
【００１５】
上記ブレード２は、板厚２ｍｍのポリウレタンゴムからなり、１０〜２０ｇ／ｃｍ程度の軽い当接圧で、現像ローラ１に当接するように配置した。そして、上記供給ブラシローラ３を通過した現像ローラ１上のトナー層は、現像ローラ１上に軽く当接しているブレード２で厚みを均一に摺擦されて均一な薄層にされ、現像ローラ１の回転で現像領域に搬送される。このとき、現像ローラ１上には、トナー付着量１．２〜１．８ｍｇ／ｃｍ２、及び平均帯電量８〜２０μｃ／ｇのトナー層が形成されている。現像領域では、最適な現像バイアスが印加された現像ローラ１の表面と感光体ドラム１００表面とがほぼ等速で移動しながら非接触現像が行われる。
【００１６】
上記アジテーター５、６は、ホッパー部内の収容トナーをトナー供給ブラシローラ３表面に供給するとともに、収容トナーを撹拌するものであるが、ホッパー部の形状やトナーの流動性及び自重で、トナー供給ブラシローラ３表面への供給が可能である場合等には、省略しても良い。
【００１７】
本実施形態では、負極性に帯電した、重量平均粒子径５μから１５μｍの範囲のトナーを用いた。５μｍ以下では、現像ローラ１とトナーとの付着力が強いので現像性が低下したり、トナーの重量が小さいので画像濃度が低下して画像品質が悪くなるからである。一方、１５μ以上では、現像されやすいので非画像部に地肌汚れが発生し易いからである。
なお、トナーは熱可塑性樹脂に着色剤を溶融混合し粉砕して製造する。熱可塑性樹脂としては、ポリエステル樹脂、スチレン−アクリル樹脂等を用いる。着色剤としては、キナクリドン系顔料、アゾ系顔料、あるいはペリレン系顔料等の任意のものを用いることが出来る。
【００１８】
図２は、本実施形態に係るクラウン状供給ブラシローラ３の形状を示した説明図である。図２に示すように供給ブラシローラ３の長手方向中央部の外径Ｄ１を１６．０ｍｍ、長手方向端部の外径Ｄ２を１５．７ｍｍとした。
【００１９】
［実験１］
図３は、従来実施例と本実施形態に係る現像ローラ１の長手方向に対する、現像ローラ１と供給ブラシローラ３の接触圧を測定したグラフである。図３の黒丸でプロットした従来実施例は、長手方向の外径が１６ｍｍの円柱体の供給ブラシローラ３を用いた。
従来実施例の円柱体の供給ブラシローラ３と現像ローラ１との接触圧は、長手方向の中央部の接触圧を極小として端部へ行くに従い接触圧が高くなることがわかる。一方、本実施例に係るクラウン状供給ブラシローラ３を用いた場合、現像ローラ１と供給ブラシローラ３との接触圧は、長手方向に均一であることがわかる。供給ブラシを図２で示したようなクラウン形状とすることにより、供給ブラシの撓みが発生した状態において、供給ブラシと現像ローラの長手方向における接触圧を均一にすることができた。
なお、供給ブラシローラ３と現像ローラ１との接触圧は、現像ローラ１と供給ブラシローラ３の接触部に３０ｍｍ幅の紙を挟み、その紙の引き抜き力を測定し、接触圧に換算している。
【００２０】
［実験２］
次に、ブラシローラとして、上記従来の円柱体である供給ブラシローラ３と、本実施形態に係るクラウン形状の供給ブラシローラ３を用いた画像形成装置について、それぞれ初期画像確認通紙の実験を行った結果について説明する。従来の円柱体である供給ブラシローラ３を用いた画像形成装置では、１００００枚目以降の通紙において画像の濃度が、中央部に比べて端部で低下する現象が見られた。これは、現像ローラ１における長手方向端部のブラシ接触圧が中央部より高いことに起因するフィルミングが発生するためである。このフィルミングにより、トナー供給不良がおこる。実際、目視にてフィルミング状態になっていることを確認した。一方、本実施形態に係るクラウン形状の供給ブラシローラ３を用いた画像形成装置では、５００００枚以降の通紙においても画像濃度が均一であった。また、フィルミングも発生していないことを確認した。
【００２１】
［実験３］
次に、供給ブラシローラ３におけるブラシの帯電極性をトナーと逆極性、同極性としたものについて、それぞれ初期画像確認通紙の実験を行った結果について説明する。
トナーと供給ブラシローラの帯電極性を同極性とした場合は、オーヴァーチャージの影響で、６０００枚頃から地汚れが発生した。一方、トナーと供給ブラシローラの帯電極性を逆極性とした場合は、トナーの帯電量が適正となり、５００００枚以降も地肌汚れが発生しなかった。供給ブラシローラ３は、導電性繊維を植毛したブラシローラを用い、ブラシの帯電極性を現像剤の帯電極性と逆に構成させることにより、トナーの帯電量が適正となり、地肌汚れを防止し、常に良好な画像品質を提供することができる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１乃至４の発明によれば、供給ブラシ部材をクラウン形状に成形し、現像剤担持体と供給ブラシ部材との当接面における現像剤担持体の長手方向の曲率半径を上記当接面における供給ブラシ部材の長手方向の曲率半径よりも大きく設定することにより、供給ブラシ部材の現像ローラへの喰い込み量が、現像ローラ端部において中央部よりも大きくなることを防止することができる。その結果、現像剤担持体上にトナー付着量及びトナー帯電量が安定した現像剤層を形成することが可能となり、地肌汚れ、濃度ムラ等の画像品質の劣化を防止できる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る現像装置の一例を示す概略構成図。
【図２】本発明の実施形態に係る供給ブラシローラ３を示す説明図。
【図３】上記現像載置における現像ローラ１と供給ブラシローラ３の長手方向における当接圧変化を示す図。
【符号の説明】
１  現像ローラ
３  供給ブラシローラ
１００  感光体ドラム
１０１  現像装置
【図１】
2004258155.tif 000003
【図２】
2004258155.tif 000004
【図３】
2004258155.tif 000005