(57)【要約】【課題】ローラ部材の撓みによってニップ圧やニップ幅が不均一になることを効果的に抑制し、画像濃度ムラや画像欠損などの異常画像を抑制する現像剤担持体を提供する。【解決手段】この像担持体の表面に接触する現像剤担持体４１は、その長手方向に延在し、中央部４１０ａが両端部４１０ｂ、４１０ｃよりも大きいクラウン形状のシャフト４１０と、外形が円柱状になるようにシャフトを覆う弾性層４２０を備え、その硬度がローラ断面である円の半径方向に変化するように構成されたローラ部材４００で構成されている。【選択図】図３
2013047725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体の表面に接触する現像剤担持体であって、
その長手方向に延在し、中央部が両端部よりも大きいクラウン形状のシャフトと、外形が円柱状になるように前記シャフトを覆う弾性層とを備え、その硬度がローラ断面である円の半径方向に変化するように構成されたローラ部材で構成されていることを特徴とする現像剤担持体。
【請求項２】
前記弾性層は、複数の弾性層が積層されて構成されていて、前記シャフト側に位置する第１の弾性層の硬度をｎ１、前記第１の弾性層の外側に位置する第２の弾性層の硬度をｎ２としたとき、ｎ１＞ｎ２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】
前記弾性層は、複数の弾性層が積層されて構成されていて、前記シャフト側に位置する第１の弾性層の硬度をｎ１、前記第１の弾性層の外側に位置する第２の弾性層の硬度をｎ２としたとき、ｎ１＞ｎ２であり、かつ、ｎ１がＪＩＳＡ３０〜６０の範囲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４】
前記弾性層は導電性で、その電気抵抗値が１．０^４〜１．０^８であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の現像剤担持体。
【請求項５】
像担持体の表面に接触するローラ状の現像剤担持体と、前記現像剤担持体の表面に接触して前記現像剤担持体の表面に現像剤を供給するローラ状の供給部材を備えた現像装置において、
前記現像剤担持体が請求項１乃至４の何れか１項に記載の現像剤担持体であることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の現像装置を備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項７】
請求項６に記載のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機やそれら複数の機能を備えた複合機などの画像形成装置に用いられる現像剤担持体と現像装置、プロセスカートリッジユニット及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では、像担持体であるドラム状の感光体の表面に形成される静電潜像を現像するのに現像剤となるトナーを用いている。トナーはプロセスカートリッジユニットが備える現像装置により、所定の電位に帯電されてローラ状の現像剤担持体によって感光体との対向部（潜像部）へと搬送される。そして静電潜像を有する感光体表面と帯電したトナー薄層を保持したローラ状の現像剤担持体間にバイアスを掛けて電界を発生させ、電気的な力によってトナーを静電潜像へ移して現像を行っている。このとき、より安定的にトナーを潜像部へ移動させるため、感光体とローラ状の現像剤担持体は互いの表面を接触させて配置されることが多い。ローラ状の現像剤担持体は多くの場合、シャフトの両端部のみを軸受け等で現像装置の側板に支持される構成になっている。そのため、ローラ状の現像剤担持体が感光体と圧接して押圧を受けるとき、ローラの中央部に撓みが生じる。この撓みにより、ローラ状の現像剤担持体と感光体間でのニップ圧やニップ幅が長手方向で不均一になり、画像濃度ムラや画像欠損などの異常画像が発生する場合がある。
【０００３】
そこで、特許文献１では、潜像担持体と現像剤担持体の圧接圧力を一定にする目的で、クラウン形状のシャフトを持ち、その外周を弾性層で覆ったローラ状の現像剤担持体が開示されている。特許文献１に係る現像剤担持体は、弾性層の硬度を軸方向に変化させて、弾性層厚の厚い現像剤担持体の端部の弾性変形量を大きくすることで、現像剤担持体に撓みが生じても潜像担持体と現像剤担持体の圧接圧力を一定に保つようにしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、現像剤担持体の軸方向（長手方向）での圧接圧力の均一化には効果があるが、クラウン形状の軸方向における断面形状の影響を受けて圧接時のニップ幅が軸方向（長手方向）で不均一になるおそれがある。  
本発明は、ローラ部材の撓みによってニップ圧やニップ幅が不均一になることを効果的に抑制し、画像濃度ムラや画像欠損などの異常画像を抑制する現像剤担持体、現像装置、プロセスカートリッジユニット及び画像形成装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る現像剤担持体は、像担持体の表面に接触するもので、その長手方向に延在し、中央部が両端部よりも大きいクラウン形状のシャフトと、外形が円柱状になるようにシャフトを覆う弾性層とを備え、その硬度がローラ断面である円の半径方向に変化するように構成されたローラ部材で構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、クラウン形状のシャフトを持ち、外形が円柱状になるようにシャフトが弾性層に覆われたローラ状の現像剤担持体を有し、この弾性層の硬度を現像剤担持体の断面である円の半径方向で変化させたので、現像剤担持体の撓みによりニップ圧やニップ幅が不均一になるのを抑制することができる。このため、画像濃度ムラや画像欠損などの異常画像を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る現像装置とプロセスカートリッジユニットを備えた画像形成装置の一形態を示す要部構成図。
【図２】本発明に係る現像装置とその近傍の構成を示す拡大図。
【図３】本発明に係るローラ部材の構成を示す拡大断面図。
【図４】本発明に係るローラ部材を現像剤担持体として像担持体に接触させた時の状態を示す拡大断面図。
【図５】従来の現像剤担持体と本発明に係るローラ部材を用いたときの現像剤担持体のニップ幅の変位を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、主に現像装置に用いられ、少なくとも１つの部材の表面に接触してニップを形成するローラ部材に関するものであり、以下の特徴を有している。それは、ローラ部材はクラウン形状のシャフトを持ち、そのシャフトの外周にはローラの外径が円柱状になるように弾性層を形成している。弾性層は、シャフトの径が小さく弾性層の層厚が厚くなるローラ端部のシャフトに近い部位の弾性層の硬度を高く、一方、ローラ端部のシャフトから遠い部位からローラ中央部までを覆う弾性層の硬度を低くしている。要するに、ローラ部材の外形が円柱状になるようにクラウン形状のシャフトを被覆する弾性層において、弾性層が厚くなるローラ端部において弾性層の硬度をローラの断面である円の半径方向で変化させている。
【０００９】
以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。最初に現像装置やプロセスカートリッジユニットが装備された画像形成装置の全体構成と動作を説明し、そのあとに特徴部分について説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施形態に係る現像装置とプロセスカートリッジユニットを備えた画像形成装置の要部構成図である。この画像形成装置は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの一成分現像剤となるトナーを用いた電子写真方式のもので、フルカラー印刷が可能とされている。画像形成装置は、図示しない装置本体内に各色に対応したプロセスカートリッジユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを備えている。各プロセスカートリッジユニットは、像担持体となる感光体ドラム２、帯電部材３、現像装置４およびクリーニング手段５を備え、これら構成が１つのユニットとして一体化され、図示しないストッパーを解除することにより画像形成装置本体から着脱して交換できる構成とされている。各プロセスカートリッジユニットは、その側面に、色情報や使用情報を記憶する図示しないＩＤチップを搭載している。
【００１１】
各色に対応する構成は、基本的には同一構成であるので、１つの色の構成に符号を代表して説明し、他の色の説明や符号は省略する。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに対応した部材には（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）の符号をして区別する。
【００１２】
感光体ドラム２は、図１において時計回り方向に図示しない駆動源により回転駆動される。帯電部材３は、感光体ドラム２の表面に圧接されており、感光体ドラム２の回転により従動回転するように構成されている。
【００１３】
ローラ状の帯電部材３には図示しない高圧電源により所定のバイアスが印加され、感光体ドラム２の表面を帯電する。本実施形態では、帯電部材３に感光体ドラム２に接触するローラ部材を用いた接触帯電方式を用いているが、コロナ帯電などの非接触帯電方式のものを用いても良い。
【００１４】
露光手段６は各感光体ドラムに対して各色の画像情報に基づいて露光光を照射し、各感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する。本実施形態では、露光手段６にレーザーダイオードを用いたレーザービームスキャナ方式を用いているが、ＬＥＤアレイなどを用いる構成でも良い。
【００１５】
現像手段４は一成分接触現像方式のものであり、感光体ドラム２上の静電潜像をトナーで現像してトナー像として顕像化する。現像手段４には図示しない高圧電源から所定の現像バイアスがそれぞれ供給される。クリーニング手段５は感光体ドラム２の表面の転写残トナーをクリーニングする周知のものである。
【００１６】
プロセスカートリッジユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、複数のローラに巻き掛けられて図中反時計回り方向に回転移動する中間転写体となる無端状の中間転写ベルト７と対向し、この中間転写ベルト７の移動方向に並列に配置されていて、中間転写ベルト７上に各色のトナー像を１次転写して可視像を形成する。
【００１７】
ループ状に配置された中間転写ベルト７の内側には、プロセスカートリッジユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの各感光体ドラムと対向するように一次転写手段となる一次転写ローラ８がそれぞれ配置されている。各感光体ドラムの表面のトナー像は、各感光体と各一次転写ローラの間に図示しない高圧電源により一次転写バイアスが印加されることで、中間転写ベルト７の表面に転写される。中間転写ベルト７は、図示しない駆動モータによって図中の矢印方向に回転駆動されるように構成されていて、各色のトナー像をその表面に順次重ねて転写することでフルカラー画像を形成する。
【００１８】
このフルカラーのトナー画像は、中間転写ベルト７と対向配置された二次転写手段となる二次転写ローラ９と中間転写ベルト７の間に所定の転写電圧を印加することにより、給紙台２０から給紙された記録材となる用紙１０に転写され、定着装置１２へと搬送される。
【００１９】
定着装置１０は、定着ニップを形成する加熱ローラと加圧ローラを備え、トナー像が転写された用紙１０が定着ニップを通過する際に熱と圧力を加えることで、トナー画像を用紙１０上に定着する周知のものである。定着装置１０でトナー画像が定着された用紙１０は、図示しない排紙トレイなどの排紙部へ排出される。二次転写ローラ９で転写されずに中間転写ベルト７の表面上に残留したトナーは、中間転写ベルト７の近傍に配置された転写ベルトクリーニング手段１１により回収される。
【００２０】
図１に示す画像形成装置は、４色のプロセスカートリッジユニット１Ｙ〜１Ｋを備えたフルカラーの画像形成装置としたが、本発明の適用はカラーの画像形成装置に限定されるものではなく、黒色のトナーを用いて画像形成を行う１台のプロセスカートリッジユニット１を備えたモノクロの画像形成装置であってもよい。また、画像形成装置としては、中間転写ベルト７にトナー画像を一次転写し、一次転写されたトナー画像を用紙１０に二次転写するものを例示したが、中間転写ベルト７を用いずに、感光体２と一次転写ローラ８との間に用紙１０を搬送して、感光体２から用紙１０にトナー画像を転写する形態のものであっても良い。
（第１の実施形態）
次に現像装置４の構成について詳細に説明する。現像装置４は、そのケーシング４０内にトナーＴが収納されている。現像装置４は、ローラ状の現像剤担持体となる現像ローラ４１と、現像ローラ４１の表面４１ａにトナーＴを供給するローラ状の供給部材となるトナー供給ローラ４２と、現像ローラ４１の表面４１ａ上のトナーＴを規制してトナー薄層を形成するブレード状の規制部材４３とを備えている。トナー供給ローラ４２と規制部材４３の先端は、現像ローラ４１の表面４１ａに接触した状態で機能する。規制部材としては、ブレード状のものではなくローラ状のものであっても良い。現像ローラ４１はその表面４１ａの一部がケーシング４０の外部に露呈して感光体ドラム２の表面２ａに接触するように配置されている。現像ローラ４１は、トナーと同極性で潜像部の電位より絶対値が大きくなるようにバイアスを設定されている。
【００２１】
この現像装置４において、トナーＴはトナー供給ローラ１２によって現像ローラ４１側に搬送され、規制部材４３を通過する時に電荷を付与されつつ薄層状に成形される。帯電したトナー薄層は現像ローラ４１の表面４１ａ上に保持されたまま感光体２との対向位置となる潜像部まで搬送される。そして、感光体２と現像ローラ４１間に発生する電界のクーロン力によって、トナーＴは感光体２の表面２ａ上へ移され、感光体２の表面２ａにトナー画像を形成する。
【００２２】
現像時にトナーＴをより安定して静電潜像（感光体ドラム側）上へ移すために現像ローラ４１の表面４１ａと感光体２の表面２ａとは圧接していることが多い。その圧接状態であると、一般に現像ローラ４１の方が撓むが、最も大きく撓む現像ローラ４１の中央部では感光体２との接触が弱くなるので、現像ローラ４１の中央部のニップ圧は小さくなってニップ幅も狭くなり、極端な場合は非接触になる。
【００２３】
このため、本形態では現像ローラ４１を図３に示すローラ部材４００で構成している。ローラ部材４００は、胴張りのクラウン形状である導電性のシャフト４１０がローラの外形が円柱状になるように形成された弾性層４２０で覆われた構成とされている。このため、ローラ中央部４００ｂとローラ端部４００ｃ、４００ｄでは弾性層４２０の径方向での肉厚が異なっている。シャフト４１０は、その長手方向に延在し、中央部４１０ａが両端部４１０ｂ、４１０ｃよりも大径とされている。
【００２４】
弾性層４２０は、複数の弾性層となる弾性層４２１と弾性層４２２がシャフト４１０と同心円状に積層されて構成されている。シャフト４１０側に位置する第１の弾性層となる弾性層４２１は、シャフト４１０を円柱状に被覆し、その厚みはローラ端部側４２１ｂ、４２１ｃの径がシャフト中央部４１０ａの外径程度になるように成形されている。本形態では、弾性層４２１の外周面４２１ａに、現像ローラ４１の外形が円柱状になるように第２の弾性層として弾性層４２２が形成されている。本形態では、ローラ部材４００の硬度がローラ断面である円の半径方向に変化するように形成されている。
【００２５】
すなわち、弾性層４２１と弾性層４２２には、たとえば導電性ゴム材や導電性発泡材などが用いられ、弾性層４２１と弾性層４２２の硬度をそれぞれｎ１、ｎ２としたとき、ｎ１＞ｎ２となるように硬度が設定されている。また、内側の弾性層４２１の硬度はＪＩＳ規格のＡ３０〜６０の範囲としている。
【００２６】
弾性層４２１、４２２としては、シリコ−ンゴム、ウレタンゴム、ＥＰＤＭ、ポリノルボルネンゴム（ＮＯＲ）、ニトリルゴム等で形成する。弾性層４２１、４２２の電気抵抗値は、体積抵抗で１０^４〜１０^８Ω・ｃｍが目安であり、カーボン分散等のゴム生成時処理で達成されている。成型方法としては例えば、シャフト４１０とほぼ同形状のクラウン状の型と外形を規定した鋳型を用いてインジェクション成型により中空状の弾性層４２１を成型する。その後、ゴムの伸びを利用して、シャフト４１０を弾性層４２１内に挿入し、ローラ部材としての剛性が定まった後に、円筒状に形成された弾性層４２２を弾性層４２１の外周面４２１ｃに圧入して最外層とする。弾性層４２１、４２２の両端は最終寸法よりも軸方向に長めに成型されており、弾性層４２２の圧入後、所定の長さにエンドミル等の刃物で裁断される。
【００２７】
このような構成のローラ部材４００の中央部４００ｂは、端部４００ｃ、４００ｄより弾性層４２０が薄いので、ローラ部材としての硬度は端部よりも高くなる。そして、このローラ部材４００を現像ローラ４１として、感光体２と互いの軸線が平行になるように配置した場合、ローラ中央部４１ｂのニップ圧は高く、ローラ端部４１ｃ、４１ｄのニップ圧は低くなる。しかし、図４に示すように、シャフト４１０の両端４１０ｂ、４１０ｃを、互いに対向配置された側板４４０，４４１に固定して両端４１０ｂ、４１０ｃを支点にして現像ローラ４１の表面４１ａを感光体２の表面２ａに接触させる。この場合、ローラ中央部４１ｂが感光体２の表面２ａから離れるように撓むが、現像ローラ４１を感光体２と平行に配置する場合に比べて、ローラ中央部４１ｂのニップ圧は低く、ローラ端部４１ｃ、４１ｄのニップ圧は高くなるので、ニップ圧を相殺されてほぼ均一にできる。また、外形が円柱状になるよう形成された弾性層４２１がシャフト４１０と弾性層４２２の間に中間層として配置されるので、弾性層４２２の層厚を均一にすることができる。これにより弾性層４２２で成形されるニップの幅が不均一になることを改善することができる。
【００２８】
図５は現像ローラ４１の軸方向におけるニップ幅の変位を示す図である。図５の符号ａは、従来構成の現像ローラの軸端部を固定状態としたときのニップ幅の軸方向での変位を示し、符号ｂは本発明の構成の現像ローラ４１を感光体２と平行に配置したときのニップ幅の軸方向での変位を示し、符号ｃは本発明の構成の現像ローラ４１を図４に示すように軸端部を固定したときのニップ幅の軸方向での変位を示すものである。
【００２９】
たとえば、直径が６ｍｍの円柱状のシャフトにＪＩＳ  Ａ  ４０〜５５の硬度を持つ導電性ゴム材を用いて弾性層を形成し、外径が１２ｍｍに成形された通常のローラを、軸端部を固定して感光体２に圧接させたものとする。片側約４Ｎずつ力を加えたとき、このローラと感光体のニップ幅は０．５〜１．０ｍｍ程度発生した。これに対し、外径を１２ｍｍのまま、端部６ｍｍ、中央部７．５ｍｍのクラウン状のシャフトを用いて前記のように弾性層４２１，４２２を積層して構成した弾性層４２０が構成された現像ローラ４１を、同様の方法で感光体２に圧接させたとき、ニップ幅は約１．０〜１．２ｍｍとなった。
【００３０】
前記ローラ部材４００を現像ローラ４１として用いることで、ローラ外径を大きくしなくても、ニップ幅を大きくすることができるとともに、ローラの撓みによりニップ圧やニップ幅が不均一になるのを抑制することができる。このため、画像濃度ムラや画像欠損などの異常画像を抑制することができる。
【００３１】
また、本形態ではローラ部材４００を現像ローラ４１として使用したが、ローラ部材の使用形態としては、現像ローラ４１に限定されるものではない。たとえば、ローラ部材４００は少なくとも導電性を考慮しているので、現像ローラ４１（現像剤担持体）意外に、トナー供給ローラ４２（供給部材）や現像剤担持体の清掃部材、一次転写ローラ８（像担持体への現像剤転写を行う電荷供給部材）など、電子写真方式の画像形成装置において、導電性を考慮して使用する導電性機能を有するローラ部材に適用することができる。そして、ローラ部材４００は「ニップ押圧力の均一化」、「ニップ領域（時間）の均一化」、「ニップ領域拡大」を同時に満足させることができるため、導電性機能を有するローラ部材として使用すると、ローラ部材の小型化と性能安定化の両立が可能となり、省スペースで高性能の装置開発に貢献できる。
【符号の説明】
【００３２】
１          プロセスカートリッジ
２          像担持体
２ａ        像担持体の表面
４          現像装置
４１        現像剤担持体
４１ａ      現像剤担持体の表面
４２        供給部材
４００      ローラ部材
４１０      クラウン形状のシャフト
４１０ａ    中央部
４１０ｂ、４１０ｃ  両端部
４２０      弾性層
４２１      第１の弾性層
４２２      第２の弾性層
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】特開平０４‐３３６５６２号公報
【図１】
2013047725.tif 000003
【図２】
2013047725.tif 000004
【図３】
2013047725.tif 000005
【図４】
2013047725.tif 000006
【図５】
2013047725.tif 000007