JP2007127904A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溝の形成加工の際の加工用の刃とワークとの偏心等に基づいて、濃度ムラを抑制できる現像スリーブを提供する。
【解決手段】あやめ状の溝を有する現像剤担持体において、前記あやめ状の溝を構成する各溝について、各溝を着目溝として、この着目溝を中心して周方向４０度の角度範囲に存在するで複数本の溝についての溝深さの平均値を求めた場合の最大値と最小値との差と、現像剤担持体と潜像担持体とのギャップとの間に、次の関係を成立させる。（最大値と最小値との差）が（ギャップ）の１５％以下である。
【選択図】図８

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において感光体上に形成した潜像をトナーを付着させ可視像化するのに用いる現像スリーブ、この現像スリーブを備える現像装置、この現像装置を備えるプロセスカートリッジ、及び、画像形成装置に関する。

最近の複写機、プリンタは高画質、高信頼に対する要求が非常に高い。高画質の面で現像装置の果たす役割は非常に大きく、一例を上げると次の様なものがある。１．ドット再現性、２．ページ内ムラの無い感光体へのトナー付着量、３．経時に於ける現像剤ストレス低減。このような課題を達成する為に従来は、サンドブラストによって表面に凹凸を形成した現像スリーブや現像ローラ回転軸に対して平行に延びる複数のＶ溝を表面に形成した現像スリーブを一般的に使用していた。サンドブラストを用いて凹凸を持たせた現像スリーブは、凹凸量が小さいと現像剤搬送能力が低下し、現像剤搬送能力を上げる為に凹凸量を大きくすると、加工時に現像スリーブを変形させるという問題があった。また、Ｖ溝を備えた現像スリーブは、現像剤規制部材に対して平行な各現像剤搬送溝の各部が同じ瞬間に規制部材上を通過するため、現像剤へ与えるストレスが大きいという問題があった。また、加工時の溝偏差に起因してスリーブ一周ピッチの汲み上げ量のムラが発生するという問題もあった。特許文献１〜４に記載の現像スリーブは、このような従来の技術課題を解決できる可能性がある。これらの現像スリーブは、あやめ状の溝が形成された現像スリーブである。

特開２００３−３１６１４６号公報 特開２００３−２０８０１２号公報 特開２０００−２４２０７３号公報 特開平０７−１３４１０号公報

しかしながら、あやめ状の溝を形成した現像スリーブを用いる場合にも、各溝の形成加工の際の加工用の刃とワークとの偏心等に基づいて濃度ムラが発生することがわかった。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、上記濃度ムラの発生を抑制できる現像剤担持体、この現像剤担持体を備える現像装置、この現像装置を備えるプロセスカートリッジ、及び、画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、回転スラスト方向に対して鋭角に傾斜した方向に延びる複数の溝と、スラスト方向に対して反対側に鋭角に傾斜した方向に延びる複数の溝とが交差するように形成されてなるアヤメ状の溝を有する現像剤担持体において、前記あやめ状の溝を構成する各溝について、各溝を着目溝として、この着目溝を中心して周方向４０度の角度範囲に存在するで複数本の溝についての溝深さの平均値を求めた場合の最大値と最小値との差と、現像剤担持体と潜像担持体とのギャップとの間に、次の関係が成立することを特徴とする現像剤担持体。
（最大値と最小値との差）が（ギャップ）の１５％以下である。
また、請求項２の発明は、請求項１の現像剤担持体と、トナー粒子と磁性粒子からなる２成分現像剤を収容する現像容器と、該現像容器内に収容された２成分現像剤を攪拌しつつ搬送する現像剤搬送手段と、現像剤担持体上の現像剤の量を一定量に規制する現像剤規制手段とを有する現像装置。
また、請求項３の発明は、請求項２の現像装置と、感光体、帯電手段及びクリーニング手段より選ばれる少なくとも１つの手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジ。
また、請求項４の発明は、請求項３のプロセスカートリッジを備えた画像形成装置。
また、請求項５の発明は、請求項３のプロセスカートリッジを複数個備えたカラー画像形成装置。
また、請求項６の発明は、請求項４又は５の画像形成装置において、前記現像手段で用いられるトナーは、体積平均粒径が３〜８μｍで、体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．００〜１．４０の範囲にあることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項４又は６に記載の画像形成装置において、前記現像手段で用いられるトナーは、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあることを特徴とするものである。

請求項１乃至７の発明によれば、溝の形成加工の際の加工用の刃とワークとの偏心等に基づいて濃度ムラを抑制できるという効果がある。

以下、本発明の実施形態に係る画像形成装置の一例を説明する。図１はその作像部分の概略構成図である。この画像形成装置はいわゆるタンデム型のカラー複写機で、中間転写ベルト５を備えるタイプである。この中間転写ベルト５の展張部に対向するように複数の感光体１ａ〜ｄが配設されている。帯電手段である帯電ローラ２ａ〜ｄによって均一に帯電された感光体１ａ〜ｄに対し書込位置３ａ〜ｄで書込手段３による書き込みがされて光学的に潜像が形成される。この潜像が現像手段４ａ〜ｄで現像されトナーからなる可視像が形成される。各感光体１ａ〜ｄに形成されたトナー像は中間転写ベルト転写手段１２ａ〜ｄによって中間転写ベルト５に順次重ね合わせて転写される。中間転写ベルト５のトナー像は、レジストローラ対６を経て搬送された転写紙に紙転写手段である紙転写ベルト７によって転写紙に転写される。転写紙に転写されたトナー像は紙転写ベルト７により定着手段８に搬送され転写紙上に熱により定着される。トナー像が定着された転写は図示しない排紙トレイなどに上に排出される。感光体１ａ〜ｄ上の中間転写ベルト５に転写されなかった未転写トナーは感光体クリーニングブレード９ａ〜ｄによって感光体上から掻き落とされる。感光体は、感光体上の残留電荷が図示しない除電手段により除電され、次の作像動作に備える。感光体クリーニングブレード９ａ〜ｄによって掻き落とされた未転写トナーは回収トナー搬送経路１４ａ〜ｄを通って廃トナー収容容器１５に収容される。また中間転写ベルト上の未転写トナーやプロセスコントロール用のパターン像は中間転写クリーニングブレード１３によって中間転写ベルト５上から掻き落とされ、同じく回収トナー搬送経路１４ｅを通って廃トナー収容容器１５に収容される。

上記現像装置４ａ〜ｄへはニュートナーが補給される。トナーボトルに充填されたニュートナーがトナー補給装置１０ａ〜ｄにより機械本体の後側のトナーホッパ部１１ａ〜ｄへ補給される。現像装置内のトナー濃度検知手段（図２の符号２１）により現像装置内のトナー濃度が低いと判断された場合、トナーホッパ内のトナー補給スクリュを（図示せず）を回転させ、適量のトナーをトナーホッパ内から現像装置へ供給する。トナーボトルのトナー残量検知はトナーホッパ内にトナー有り無しセンサ（図示せず）を用いて行う。具体的には、このセンサがトナー無しを検知した場合にトナー補給装置１０ａ〜ｄにトナーの供給を要求する。そして所定時間要求してもトナー有りを検知しなかった場合にトナー無しと判断する。

図２は１つの感光体についての作像部の拡大図である。何れの感光体についても同様の構成であるので、この図２では符号の添え字ａ〜ｄは省略している。この画像形成装置では、感光体１と、現像部４、帯電手段である帯電ローラ２、及びクリーニング手段であるクリーニングブレード９とを一体としたプロセスカートリッジになっている。装置本体に対してこのプロセスカートリッジが脱着可能である。現像装置４は感光体にトナーを供給する現像ローラ１６を有する。その現像ローラ１６が感光体１に対向する現像領域の上流側で現像ローラ１６上の現像剤量をある一定量に規制する規制部材としての現像ドクタ１７も有する。現像装置内の現像タンク部にはトナー粒子と磁性粒子（キャリア）を混合した２成分現像剤が納められており、その現像剤は第１搬送スクリュ１８と第２搬送スクリュ１９の２本の搬送スクリュで循環されるようになっている。この第２搬送スクリュ１９の下側にトナー濃度センサ２１が配置され、現像タンク内のトナー濃度を随時計測し、適正値に収まるよう制御している。トナー補給部からのトナーは一旦サブホッパ部（図示せず）に蓄えられ、現像タンク内のトナー濃度の値がトナー濃度センサにより低いと検知されたとき、所定の換算式により換算された時間だけトナー補給スクリュ２２を回転させ適切な量のトナーを現像トナー供給口２３へ補給する。また、現像ドクタ１７の図中右側には現像ニップ部からのトナー飛散を防止するための入口シール２０が配置されている。

図３は現像装置４全体の斜視図である。現像装置４の上ケース２８にはこのユニットの出荷時に現像剤を入れるプリセットスペース２８’がある。これはユニットとして輸送時にこの部分に現像剤を入れ、除去可能なシール部材によりシールさせることで、着荷時にこのシールをひき、使用可能な状態にさせるもので、輸送時の剤漏れ防止の為の機構である。図４は上ケース２８（図３参照）を外した状態の現像装置の斜視図である。現像ローラ１６、第１搬送スクリュ１８、第２搬送スクリュ１９が見える状態になっており、これらの搬送スクリュにより第１現像剤溜まりと第２現像剤溜まりの間で現像剤を循環している。

図５は現像装置の一部の分解斜視図である。現像ローラ１６は、内部に固定されているマグネット部２５とこのマグネット部２５の内蔵し現像剤を搬送するため回転可能な現像スリーブ部２６にて構成されている。内部の固定マグネット部２５は作像領域のやや外側まで存在し、転写紙の搬送バラツキを考慮したマグネット長さの位置関係になっている。外側の現像スリーブ２６は、通常アルミ材により構成され、現像剤を搬送しやすくするために、あやめ状の溝を設けている。このあやめ状の溝については後に詳述する。上記現像ドクタ１７は非磁性部材にて構成されている現像ドクタ母体１７’と磁性部材により構成されている現像ドクタ補助２４の２部品により構成されている。現像ドクタ母体１７’を現像ケーシング２７に固定することにより、現像ローラ１６に対して所定の間隔を開けて対向する構成となっている。現像ドクタ母体１７’は現像ローラ上の現像剤量をある一定量に規制する役割をもち、かつ現像剤を規制する際に現像剤圧をこのドクタにて受けることになるので、非磁性部材である程度の厚さ（約１．５〜２ｍｍ）と先端部０．０５ｍｍ程度の真直性を要求されるのが一般的である。現像ドクタ補助２４は現像領域に搬送されるトナーの帯電を補う役割をもち、通常現像ドクタ母体よりかなり薄い板金（０．２ｍｍ程度）にて構成されている。この２部品の位置関係はトナー帯電性を長手方向にて均一にするため、精度良く維持される必要性があるので、スポット溶接やカシメ等により一体化し現像ローラ上からの距離が一定になるようにしている。また、図示の例では現像ローラ中心に対し現像ドクタが下方にある。現像ケーシング２７には、第１搬送スクリュ１８と第２搬送スクリュ１９が軸受（図示せず）を介し組み込まれる。現像ケーシング２７の前後の側板の内側には、現像ローラ端部からの現像剤飛散を抑えるための磁性板２８が取り付けられている。

次に、以上の画像形成装置に好適に使用されるトナーについて説明する。
６００ｄｐｉ以上の微少ドットを再現するために、トナーの体積平均粒径は３〜８μｍが好ましい。体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）は１．００〜１．４０の範囲にあることが好ましい。（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．００に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。

トナーの形状係数ＳＦ−１は１００〜１８０、形状係数ＳＦ−２は１００〜１８０の範囲にあることが好ましい。図６は形状係数ＳＦ−１を、図７は形状係数ＳＦ−２をそれぞれ説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数ＳＦ−１は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式（１）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる形状の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）^２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４）・・・式（１）
ＳＦ−１の値が１００の場合トナーの形状は真球となり、ＳＦ−１の値が大きくなるほど不定形になる。また、形状係数ＳＦ−２は、トナー形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式（２）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）^２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４）・・・式（２）
ＳＦ−２の値が１００の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、ＳＦ−２の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡（Ｓ−８００：日立製作所製）でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３：ニレコ社製）に導入して解析して計算した。トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２のいずれかが１８０を超えると、転写率が低下するため好ましくない。

本発明の現像ローラ１６のあやめ状の溝について説明する。図８は現像ローラ１６の斜視図、図９は現像ローラ表面を展開形状にて示した説明図である。本発明の現像ローラ表面（現像スリーブ表面）上にはあやめ状の溝を形成している。あやめ状の溝とは、現像ローラ回転軸方向（スラスト方向）に対して鋭角に形成された複数の溝と、スラスト方向に対して反対側に鋭角に形成された複数の溝が交差して形成されるものである。前者の複数の溝における鋭角の角度と、後者の複数の溝における鋭角の角度は、必ずしも同一でなくてもよい。このようなあやめ溝形状のスリーブによれば、現像剤が現像剤量をある一定量に規制する現像ドクタ１７を通過する際に、搬送溝が斜めでストレスを受けることがなくなるので、現像剤寿命を延ばすことが出来ると共に、剤搬送溝が斜めのためドクタ通過時の衝撃が緩和できショックジターも改善される。

図１０は図９のあやめ溝を拡大したもので図１０中に符号ｍで示すのはあやめ溝のスラスト方向における交点間距離である。符号ｎで示すのはあやめ溝の周方向における交点間距離である。

図１１は角溝間での溝深さ偏差を求めるための計測方法の説明図である。現像ローラ１６の回転軸両端を支持しローラを回転させ、ローラ長手方向のある位置の変位量を変位量測定装置３１にて読み込む。読み込んだ変位生データは横軸に回転方向基準位置からの周方向位置、縦軸に変位量とすると図１２のように、ローラ溝形状がプロットされる。一つのＶ状の変化が一本の溝に対応する。これを回転スラスト方向に対して鋭角に形成された複数の溝（溝Ｘ）、溝Ｘに対して反対側に鋭角に形成された複数の溝（溝Ｙ）それぞれについて、周方向の溝深さデータとしたのが図１３（ａ）（溝Ｘ）、図１３（ｂ）（溝Ｙ）である。あやめ溝は周方向に対して、Ｘ溝とＹ溝が交互に並ぶ為、データ処理として１つづつ間引いてプロットしたものである。但し、計測の際は交点を避ける必要がある。図１３に示すように溝偏差としては各々の最も深い点から最も浅い点を引いた値が溝深さ偏差ａ、ｂとなる。このようなプロファイルを描く原因は加工によるもので、本実施形態のあやめ溝スリーブは切削加工で行っており、溝Ｘを円形形状に溝本数分の刃物が存在するダイスにより一度に回転させながら切削し、その後溝Ｙを一度に切削している。その加工時の刃物とワークの中心位置のずれにより偏心し、図１３（ａ）（ｂ）のようなプロファイルを描く。偏心によって深さが変動するとともに、（ａ）（ｂ）間で変動に位相差がある。この単方向の溝に関しても、溝偏さが大きいと、ローラ一周ピッチのムラが発生するためある値以下に抑える必要がある。

図１３（ｃ）は図１２に示す各溝について、着目溝の周方向前後それぞれ４本存在する溝と着目溝の合計９本についての溝深さの平均値を、着目溝の周方向位置に対応させてプロットしたものである。この例では、片側４０本で両側合計８０本の溝を形成しているため、９本は角度範囲として３６０度／９＝４０度の範囲について平均値を用いることに相当する。このような平均化処理したプロファイルでの溝深さの最大値から最小値を引いた溝偏差ｃ（以下、合成溝偏差という）を管理することによって、溝加工時の各溝間での位相差に基づく濃度ムラを許容範囲に抑えられることができることが判明した。具体的には、図１３（ｃ）に示す上記プロファイルは現像ローラ上周方向の現像剤量（汲み上げ量）と相関があることがわかった。これを図１４に示す。波線（合成溝深さと記載）で示すのが、図１３（ｃ）のプロファイルであり、実線で示すのが汲み上げ量である。図１５は、互い上記位相差が異なる現像スリーブについて図１３（ｃ）に示すプロファイルから上記合成溝偏差を求めるとともに、汲み上げ量の偏差を求めて、その結果をグラフにしたものである。横軸は上記合成溝偏差であり、縦軸が汲み上げ量の偏差である。このグラフのように、上記合成溝偏差と汲み上げ偏差はリニアな関係をもっている。そして、図１５中に異常画像領域として示すように、汲み上げ偏差量がある一定量を超えると、画像上のムラとして顕在化する。

そして、異常画像領域となる汲み上げ偏差量が、感光体１と現像スリーブとのギャップ（現像ギャップ）と相関を持つこともわかった。それは現像ギャップが狭い方が汲み上げ量の偏差に対する感度がシビアになりムラが顕在化するが、ギャップが広ければ汲み上げ量の偏差の感度も鈍くなりムラの発生しにくいためである。図１６はＸ軸に現像ギャップを取り、Ｙ軸に現像ローラ上周方向の汲み上げ偏差を取って、画像上にムラが発生した場合を×、無い場合を○にして表現している。このようにある傾きを持っていることが確認できた。ここから汲み上げ偏差量と合成溝偏差量の相関をとると０．１５という係数が割り出された。なお、この計数は、次のように現像剤のトナー被覆率や汲み上げ量の設定を降らせても、有効な計数であることが確認できた。次の式（３）で示される上記トナー被覆率を１５％〜７５％の範囲で振らせて確認した。また、汲み上げ量は２５ｍｇ／ｍｍ^２〜８５ｍｇ／ｍｍ^２の範囲で振らせて確認した。
（被覆率）＝｛ｃ／（１−ｃ）｝×（Ｒ／ｒ）^３×（ρ_ｃ／ρ_ｔ）×（３の平方根／２π）×｛（ｒ／（Ｒ＋ｒ）｝^２・・・式（３）
但し、Ｒ：キャリア半径（μm）、ｒ：トナー半径（μm）、ρ_ｃ：キャリア真比重、ρ_ｔ：トナー真比重、Ｃ：トナー濃度（wt%）。

そこで、本実施形態では、上記合成溝偏差が上記現像ギャップの１５％以下になるように現像スリーブを用いる。具体的には、最悪合成溝偏差は片側の合計になりうる。するとムラが顕在化するのでそれを防止する必要がある。具体的な方法としては加工時の偏心が両溝にて合って、上記関係を満足しなくならない程度にワーク及びダイスのセットを調整する。

以上、本実施の画像形成装置によれば、溝の形成加工の際の加工用の刃とワークとの偏心等に基づいて濃度ムラを抑制できる。
また、トナーとして、体積平均粒径が３〜８μｍで、体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．００〜１．４０の範囲にある粒径分布のものを使用すれば、さらに高画質な画像をえることができる。
また、トナーは、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあるものを使用すれば、さらに高画質な画像をえることができる。

本発明の実施形態に係るプリンタの概略構成図。 上記プリンタのトナー像形成部を構成するプロセスカートリッジの概略構成図。 現像装置の全体斜視図。 現像装置の内部構成をしめす斜視図。 現像装置の一部の分解斜視図。 形状係数ＳＦ−１を説明するためにトナー形状を模式的に表した説明図。 形状係数ＳＦ−２を説明するためにトナー形状を模式的に表した説明図。 現像ローラの斜視図。 現像ローラ表面を展開形状にて示した説明図。 あやめ状の溝の説明図。 現像ローラの溝深さの測定方法の説明図。 溝の深さの測定結果を示すグラフ。 （ａ）は片側の溝について測定結果を示すグラフ、（ｂ）は他方の側の溝についての測定結果を示すグラフ、（ｃ）は平均化した溝深さ変化をプロットしたグラフ。 汲み上げ量変化を示すグラフ。 汲み上げ量偏差と合成溝偏差との関係を示すグラフ。 現像ギャップと汲み上げ両偏差と異常画像との関係を示すグラフ。

符号の説明

１ 感光体
２ 現像ローラ

Claims (7)

1. 回転スラスト方向に対して鋭角に傾斜した方向に延びる複数の溝と、スラスト方向に対して反対側に鋭角に傾斜した方向に延びる複数の溝とが交差するように形成されてなるアヤメ状の溝を有する現像剤担持体において、
   前記あやめ状の溝を構成する各溝について、各溝を着目溝として、この着目溝を中心して周方向４０度の角度範囲に存在するで複数本の溝についての溝深さの平均値を求めた場合の最大値と最小値との差と、現像剤担持体と潜像担持体とのギャップとの間に、次の関係が成立することを特徴とする現像剤担持体。
   （最大値と最小値との差）が（ギャップ）の１５％以下である。
2. 請求項１の現像剤担持体と、トナー粒子と磁性粒子からなる２成分現像剤を収容する現像容器と、該現像容器内に収容された２成分現像剤を攪拌しつつ搬送する現像剤搬送手段と、現像剤担持体上の現像剤の量を一定量に規制する現像剤規制手段とを有する現像装置。
3. 請求項２の現像装置と、感光体、帯電手段及びクリーニング手段より選ばれる少なくとも１つの手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジ。
4. 請求項３のプロセスカートリッジを備えた画像形成装置。
5. 請求項３のプロセスカートリッジを複数個備えたカラー画像形成装置。
6. 請求項４又は５の画像形成装置において、
   前記現像手段で用いられるトナーは、体積平均粒径が３〜８μｍで、体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．００〜１．４０の範囲にあることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項４又は６に記載の画像形成装置において、
   前記現像手段で用いられるトナーは、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあることを特徴とする画像形成装置。

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