供給ローラおよび現像装置
【課題】 現像ローラへトナーを供給するための回転トルクを可及的に小さくするとともに、長期の使用にも耐えることができ、現像ローラに対して安定してトナーを供給することのできる供給ローラおよびそれを備える現像装置を提供する。
【解決手段】 供給ローラは、少なくとも導電性または半導電性を有する表面部を有する芯材と、電気絶縁性または前記現像ローラよりも高い電気抵抗を有する第１のファイバと、導電性または半導電性を有する第２のファイバとを含み、前記芯材の表面部には、第１のファイバと第２のファイバとが混合されて植設されている。
【解決手段】 供給ローラは、少なくとも導電性または半導電性を有する表面部を有する芯材と、電気絶縁性または前記現像ローラよりも高い電気抵抗を有する第１のファイバと、導電性または半導電性を有する第２のファイバとを含み、前記芯材の表面部には、第１のファイバと第２のファイバとが混合されて植設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機およびプリンタなど、電子写真方式による画像形成装置に用いられる供給ローラおよびそれを備える現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機およびレーザビームプリンタなどの電子写真方式を用いた画像形成装置において、画像形成用の現像剤として一成分系トナーが用いられる場合には、トナーを収容するトナー収容容器における感光体を臨む側の開口に、現像剤担持体としての現像ローラが設けられ、該現像ローラの外周面にトナーを付着させて、感光体に形成される静電潜像にトナーを供給している。トナー収容容器内のトナーを現像ローラの外周面上に効率的に付着させるために、トナー収容容器内には、現像ローラにトナーを供給するための供給ローラが設けられる。
【０００３】
従来から、供給ローラとして導電性スポンジが用いられてきた。しかしながら、導電性スポンジを用いる場合には、多くの解決すべき問題がある。そこで、そのスポンジの欠点を解消するために、導電性を有するファイバを静電植毛法によって植設したローラが供給ローラとして使用されてきている（たとえば、特許文献１参照）。このような供給ローラは、トナーに不要な摩擦帯電を与えることがなく、またトナーに機械的なストレスを与えないので、非常に優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１２３８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の供給ローラに用いられているファイバの構造では、長期の使用によって表面の導電層が削れ、電気抵抗が変化してしまうおそれがある。これにより、現像ローラへのトナーの供給に影響を与えてしまうだけでなく、トナーの帯電性にも影響を与えてしまうおそれがあり、このような現像ローラは、長期の使用には耐えることができないという問題がある。
【０００６】
導電材がファイバの基材として使用されている場合は、導電部が直接現像ローラに接触してしまうこととなり、現像ローラと供給ローラとの間に大きな電位差を設けると、電気的に短絡したり、現像ローラに印加しているバイアス電圧に影響を与え、現像が不安定になったりするという問題がある。
【０００７】
また、ファイバが植設された供給ローラでは、ファイバ間に保持しているトナーが供給ローラと現像ローラとの間で楔となって、トナーの流れを著しく阻害してしまい、トナーが凝集、所謂ケーキングを発生させたり、トナーを破砕させたりしてしまうという問題がある。また、供給ローラの回転トルクを増大させてしまい、現像装置を破損させてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、現像ローラへトナーを供給するための回転トルクを可及的に小さくするとともに、長期の使用にも耐えることができ、現像ローラに対して安定してトナーを供給することのできる供給ローラおよびそれを備える現像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置の感光体の表面に現像剤を供給する現像ローラに対して収容容器内の現像剤を供給する供給ローラであって、
少なくとも導電性または半導電性を有する表面部を有する芯材と、
電気絶縁性または前記現像ローラよりも高い電気抵抗を有する第１のファイバと、
導電性または半導電性を有する第２のファイバとを含み、
前記芯材の表面部には、第１のファイバと第２のファイバとが混合されて植設されていることを特徴とする供給ローラである。
【００１０】
また本発明は、前記第１のファイバの長さは、前記第２のファイバの長さよりも大きいことを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、前記表面部に植設されたファイバのうち、前記第１のファイバの比率は２０％以上８０％以下であることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に備えられる現像装置であって、
前記供給ローラと、
感光体上の静電潜像に現像剤を供給する現像ローラとを含み、
前記第１のファイバの長さは、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離よりも長く、前記第２のファイバの長さは、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離よりも短いことを特徴とする現像装置である。
【００１３】
また本発明は、前記第１のファイバの長さと、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離との差は、０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記第２のファイバの長さと、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離との差は、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、現像装置において、現像ローラにトナーを供給するための供給ローラの回転トルクを可及的に小さくし、現像ローラに対して安定してトナーを供給することができる。また、トナーに機械的なストレスを与えることを防ぎ、トナーの特性が変化してしまうことを防止することができる。さらに供給ローラは、長期にわたる使用にも耐えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る供給ローラ１２を備える現像装置１の概略的な構成を示す断面図である。
【図２】現像装置１を備える画像形成装置１００の概略的な構成を示す図である。
【図３】現像ローラ１１と供給ローラ１２とが接触しているニップ部の状態を示す図である。
【図４】供給ローラ１２の芯材２１の外周面にファイバ層２２を、静電植毛法によって形成する工程を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る供給ローラ１２を備える現像装置１の概略的な構成を示す断面図である。図２は、現像装置１を備える画像形成装置１００の概略的な構成を示す図である。
【００１８】
画像形成装置１００は、現像装置１と、感光体２と、帯電装置３と、露光ユニット４と、転写装置５と、クリーニング部６と、定着装置７とを備える。画像形成装置１００は、電子写真方式の画像形成装置であり、たとえば複写機およびレーザビームプリンタなどによって実現される。また、画像形成装置１００に備えられる現像装置１は、非磁性一成分現像剤（以下、「トナー」と記す）を用いる現像装置である。
【００１９】
像担持体である感光体２は、表面に有機光導電膜が設けられており、通常は電気絶縁性を示し、光が照射される部分が導電性を示すようになる。感光体２は、図示しない駆動装置によって回転方向２ａに回転駆動される。感光体２は、静電潜像の形成に先立って、帯電装置３によって正極性に一様に帯電される。露光ユニット４は、帯電装置３よりも回転方向２ａ下流側で感光体２を臨んで配置され、レーザあるいは発光ダイオードなどの光源を備え、一様に帯電された感光体２の表面に対して、形成すべき画像の画像信号に基づいて光を照射する。光照射が行われると、光照射を受けた部分は、導電性を有するようになって電荷が消失し、光照射を受けない部分は、帯電状態が維持される。これによって、感光体２の表面には、静電潜像が形成される。
【００２０】
現像装置１は、露光ユニット４よりも回転方向２ａ下流側で感光体２を臨んで配置され、感光体２の表面に形成される静電潜像に対して、帯電したトナーを供給する。トナーの帯電極性を感光体２の帯電極性と同一にしておくと、トナーは感光体２の表面のうち光照射によって電荷が消失した部分に選択的に付着し、トナーによる現像が行われる。すなわち、静電潜像が顕像化され、感光体２の表面には、静電潜像に対応する現像剤像が形成される。なお、現像装置１の詳細については後述する。
【００２１】
転写装置５は、現像装置１よりも回転方向２ａ下流側で感光体２を臨んで配置され、トナーの帯電極性とは反対の極性でコロナ放電を行い、搬送されてきた記録用紙８上に感光体２の表面上のトナーを転写させる吸引力を発生させる。記録用紙８は、現像剤像が転写された後、定着装置７に搬送される。定着装置７は、加熱ローラ７ａと加圧ローラ７ｂとを備え、記録用紙８を挟んで加圧し、加熱する。トナーには、熱可塑性結着樹脂が含まれ、定着装置７の加熱加圧によって溶融し、記録用紙８上に転写されたトナーを固着させる。クリーニング部６は、帯電装置３よりも回転方向２ａ上流側で感光体２を臨んで配置され、記録用紙８に転写されずに感光体２上に残留するトナーを、感光体２から除去する機能を有する。
【００２２】
以下、図１を用いて、本実施形態に係る供給ローラ１２を備える現像装置１について説明する。
【００２３】
現像装置１は、現像剤担持体である現像ローラ１１と、供給ローラ１２と、現像剤規制部材であるブレード１３と、トナー収容容器１４とを含んで構成される。トナー収容容器１４は、内部にトナーを収容するための収容空間が形成され、さらに感光体２を臨んで開口が形成されている。該収容空間には、乾式非磁性一成分系のトナーが収容される。
【００２４】
現像ローラ１１および供給ローラ１２は、トナー収容容器１４の開口付近に配置され、いずれもトナー収容容器１４によって回転可能に保持される。現像ローラ１１は、トナー収容容器１４の開口を閉塞するように配置され、外周面の一部が開口端部１４ａよりも外方へ露出している。すなわち、現像ローラ１１は、感光体２を臨んで設けられている。供給ローラ１２は、トナー収容容器１４内に現像ローラ１１に隣接して、かつ現像ローラ１１に接触するように設けられている。現像ローラ１１は回転方向１１ａに、供給ローラ１２は回転方向１２ａに、それぞれ図示しない駆動装置によって回転駆動される。回転方向１１ａと回転方向１２ａとは、互いに異なる方向である。
【００２５】
ブレード１３は、現像ローラ１１の外周面に近接した位置であって、現像ローラ１１と供給ローラ１２との接触領域よりも回転方向１１ａ下流側に設けられ、トナー収容容器１４内に固定して保持される。
【００２６】
現像ローラ１１は、金属製で円柱状の芯材２４の外周面に、円筒状の電気絶縁性ゴム層２５が設けられて構成されている。電気絶縁性ゴム層２５は、電気絶縁性を有する材質によって形成され、たとえばシリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルブチレンゴムなどの材質によって形成される。電気絶縁性ゴム層２５の電気抵抗は、１０４Ω〜１０９Ωである。
【００２７】
供給ローラ１２は、金属製で円柱状の芯材２１の外周面に、複数のファイバが植設されて成るファイバ層２２が設けられて構成されている。すなわち、ファイバ層２２は円筒状である。
【００２８】
現像ローラ１１の芯材２４は、たとえばＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４１７、ＳＵＳ４３０、あるいは、ＳＵＭ２４に無電解ニッケルメッキ処理を施したものなどの材質によって形成され、供給ローラ１２の芯材２１は、たとえば現像ローラ１１の芯材２４と同一の材質によって形成される。
【００２９】
本実施形態では、芯材２１，２４として、金属製の材質のものが用いられているが、少なくともその表面部において導電性を有する（すなわち、電気抵抗が１０２Ω以下である）か、または半導電性を有する（すなわち、電気抵抗が１０２Ωを超え、１０４Ω以下である）ものであればよく、たとえば電気絶縁性の合成樹脂性筒体の外周面に導電層もしくは半導電層を設けたもの、または電気絶縁性の紙製筒体の外周面に導電層もしくは半導電層を設けたものが用いられてもよい。この場合、導電層または半導電層は、鍍金などによって形成されてもよく、ファイバを植設するために設けられる導電性または半導電性を有する接着剤によって実現されてもよい。
【００３０】
現像ローラ１１および供給ローラ１２には、トナーを静電気的に移動させるためのバイアス電圧が、それぞれ電源１５，１６によって印加されている。本実施形態では、現像ローラ１１に印加される電圧は＋３００Ｖ程度に設定され、供給ローラ１２に印加される電圧は＋４００Ｖ程度に設定されている。バイアス電圧の印加によって、現像ローラ１１と供給ローラ１２との間には、電界が形成される。
【００３１】
図３は、現像ローラ１１と供給ローラ１２とが接触しているニップ部の状態を示す図である。ここで、供給ローラ１２の芯材２１と現像ローラ１１との間の最も接近した部位間の距離をＬ１で表すものとする。
【００３２】
供給ローラ１２に設けられるファイバ層２２は、互いに長手方向寸法の異なる２種類のファイバである第１ファイバ３２と第２ファイバ３３とが混合されて構成されている。詳細には、第１ファイバ３２および第２ファイバ３３が、供給ローラ１２の半径方向に延びるように、芯材２１の外周面に植設されて構成される。なお、芯材２１の外周面には、所定の密度でファイバが植設される。植設方法については後述するが、植設された第１ファイバ３２および第２ファイバ３３は、芯材２１の外周面に塗布された接着剤層によって該外周面に固着されている。
【００３３】
第１ファイバ３２は、電気絶縁性を有する（すなわち、電気抵抗が１０８Ω以上である）合成樹脂性繊維であるか、現像ローラ１１の電気抵抗よりも高い電気抵抗を有する合成樹脂性繊維である。第１ファイバ３２としては、たとえばナイロン６６、レーヨン、ポリエステル、アクリルなどの材質から成る合成樹脂性繊維を用いることができる。
【００３４】
第２ファイバ３３は、導電性を有する（すなわち、電気抵抗が１０２Ω以下である）合成樹脂性繊維であるか、半導電性を有する（すなわち、電気抵抗が１０２Ωを超え、１０４Ω以下である）合成樹脂性繊維である。第２ファイバ３３は、たとえば第１ファイバ３２と同一の材質から成る合成樹脂性繊維に、カーボンナノチューブなどの導電材を混入または積層することによって形成される。
【００３５】
第１ファイバ３２および第２ファイバ３３の長手方向の寸法（以下、単に「長さ」という場合がある）に関しては、第１ファイバ３２は、その長さが少なくとも最も接近した部位間の距離Ｌ１よりも長く、第２ファイバ３３は、その長さが少なくとも最も接近した部位間の距離Ｌ１よりも短くなるように形成される。すなわち、第１ファイバ３２は、ニップ部において現像ローラ１１に対して接触しているが、第２ファイバ３３は、ニップ部において現像ローラ１１に対して接触せずに離間している。
【００３６】
次に、現像装置１の動作について説明する。
供給ローラ１２は、トナー収容容器１４内に収容されるトナー３１を、ファイバ層２２において保持した状態で回転方向１２ａに回転駆動される。このときトナー３１は、芯材２１の半径方向に各第２ファイバ３３の基端部から遊端部に亘る略円筒状の保持領域Ｓ１において、各ファイバの隙間に保持されている。
【００３７】
保持領域Ｓ１ではファイバが密に存在するのでトナー３１が保持されるが、芯材２１の半径方向に各第２ファイバ３３の遊端部から各第１ファイバ３２の遊端部に亘る略円筒状の領域ではファイバの存在が疎であるため、該領域にはトナー３１は殆どまたは全く保持されない。換言すれば、該領域には、トナー３１が容易に通過することができる程度の間隙がファイバ間に形成されている。したがって、供給ローラ１２がトナー３１を保持した状態で回転駆動されたとしても、ファイバの隙間に保持されているトナー３１が、供給ローラ１２の芯材２１と現像ローラ１１との間で楔となってしまうことを防止することができる。すなわち、供給ローラ１２の回転トルクの上昇を防止することができる。
【００３８】
保持領域Ｓ１に保持されているトナー３１は、ニップ部まで搬送されると、現像ローラ１１と供給ローラ１２との間に形成される電界により、静電気的吸引力を受けて現像ローラ１１の外周面に転移する。このとき、ファイバ層２２には、導電性または半導電性を有する第２ファイバ３３が含まれているので、現像ローラ１１との間に安定した電界を形成することができ、供給ローラ１２から現像ローラ１１へのトナー３１の転移量を安定化させることができる。また、前述するように、保持領域Ｓ１よりも外方の前記領域には、トナー３１が容易に通過できる程度の間隙がファイバ間に形成されているので、供給ローラ１２は、保持しているトナー３１を現像ローラ１１に対して安定してかつ確実に供給することができる。
【００３９】
またニップ部には、感光体２に供給されずに現像ローラ１１の外周面上に残存する残留トナー３４が、ニップ部よりも上流側から回転方向１１ａに搬送されてくる。このとき、ニップ部では、第１ファイバ３２が現像ローラ１１の外周面を摺擦しながら回転方向１２ａに移動しているので、回転方向１１ａに搬送されてくる残留トナー３４を、第１ファイバ３２によって掻き落として除去することができる。前述するように、第１ファイバ３２は、電気絶縁性または現像ローラ１１よりも高い電気抵抗を有しているので、現像ローラ１１と第１ファイバ３２とが接触しても、現像ローラ１１と供給ローラ１２とが通電状態となることはなく、それぞれに印加されている電圧に不所望な影響を与えることがない。
【００４０】
また、第１ファイバ３２に導電層を被覆していないので、現像ローラ１１との接触に伴って第１ファイバ３２が屈曲したとしても、導電層が剥離してしまうおそれがない。したがって、長期的に使用された場合にも、供給ローラ１２は、現像ローラ１１に対して安定してトナー３１を供給することができる。
【００４１】
供給ローラ１２からトナー３１が静電気的に供給されることによって、ニップ部において現像ローラ１１の外周面に形成されたトナー層は、ニップ部よりも回転方向１１ａ下流側に設けられるブレード１３によって所定の層厚にされた後、感光体２に対向する領域まで搬送される。感光体２近傍まで搬送されてきたトナー３１は、接触または非接触によって、感光体２に形成される静電潜像に供給される。
【００４２】
なお、ファイバ層２２において、第１ファイバ３２と第２ファイバ３３とは、所定の割合で混合されて植設される。ファイバ層２２を構成する全てのファイバのうち、第１ファイバ３２の構成比率は、２０％以上８０％以下であることが好ましい。これにより、現像装置１は、供給ローラ１２から現像ローラ１１への安定したトナー３１の供給、残留トナー３４を確実に掻き取ることによるゴースト像の発生の防止、および供給ローラ１２の回転トルクの上昇の防止を実現することができる。本実施形態では、第１ファイバ３２と第２ファイバ３３とが略１：１の割合で混合されている。
【００４３】
また、第１ファイバ３２は、その長さが２．０ｍｍであり、最も接近した部位間の距離Ｌ１よりも０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下だけ大きな長さを有するのが好ましい。本実施形態では、最も接近した部位間の距離Ｌ１よりも０．２５ｍｍだけ大きな長さを有する。これにより、現像ローラ１１の外周面から残留トナー３４を確実に掻き落とすとともに、供給ローラ１２の回転トルクを可及的に低くすることができる。本実施形態では、第１ファイバ３２は、約１０デニールである。
【００４４】
また、第２ファイバ３３は、その長さが１．５ｍｍであり、最も接近した部位間の距離Ｌ１よりも０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下だけ小さな長さを有するのが好ましい。本実施形態では、最も接近した部位間の距離Ｌ１よりも０．２５ｍｍだけ小さな長さを有する。これにより、ファイバ層２２において適量のトナー３１を保持するとともに、現像ローラ１１との間に安定した電界を形成することができる。本実施形態では、第２ファイバ３３は、約３デニールである。
【００４５】
以下、芯材２１の外周面に第１ファイバ３２および第２ファイバ３３を植設する方法について説明する。
【００４６】
図４は、供給ローラ１２の芯材２１の外周面にファイバ層２２を、静電植毛法によって形成する工程を概略的に示す図である。芯材２１の外周面には、導電性または半導電性の接着剤層３５を塗布しておく。直流電源４１に接続されている鉛直方向（図４の上下方向に一致しているものとする）に間隔をあけた一対の平行平板電極４２，４３の間に、芯材２１が配置される。このとき芯材２１は、芯材２１の軸線Ｊが水平方向に延びるように配置される。そして、平行平板電極４２，４３の間に、直流電源４１によって高電圧が印加される。
【００４７】
電圧の印加によって、一対の平行平板電極４２，４３の間には電界が形成される。高電位側の電極４２上には、植設されるべきファイバ４６が予め上載されている。ファイバ４６は、植設されるべき第１のファイバ３２と第２のファイバ３３とが、前述する２０％以上８０％以下における所定の構成比率で予め混合されて構成されている。また、芯材２１と電極４２との間には、電気絶縁性を有する合成樹脂などの材料によって形成される平板状の制限部材４４が、平行平板電極４２，４３と平行になるように配置されている。この制限部材４４には、スリット４５が形成されている。制限部材４４は、スリット４５が、芯材２１の軸線Ｊに平行に延びるように、かつ芯材２１の鉛直下方に配置されるように設けられる。
【００４８】
一対の平行平板電極４２，４３の間に電界が形成されると、平行平板電極４２に上載されるファイバ４６のうち、スリット４５を通過して飛翔するファイバ４６が、芯材２１の半径方向に延びるように、芯材２１の外周面に付着する。外周面に付着したファイバ４６は、接着剤層３５によって、外周面に固着される。
【００４９】
この静電植毛時において、芯材２１は図示しない駆動装置によって回転方向２１ａに回転駆動されるように構成されており、芯材２１を回転駆動させることによって、芯材２１の外周面全面に亘ってファイバ４６が植設される。このとき、芯材２１の外周面には、ファイバ４６に含まれる第１のファイバ３２と第２のファイバ３３とが同時に植設される。
【００５０】
接着剤としては、水性のアクリル系エマルジョン接着剤、ウレタン系接着剤、およびポリエステル系ホットメルト接着剤などを用いても良く、導電性を備えさせるためには、銀ペーストなどの導電性物質を接着剤に練り込んでおけば良い。
【符号の説明】
【００５１】
１ 現像装置
２ 感光体
１１ 現像ローラ
１２ 供給ローラ
２１ 芯材
２２ ファイバ層
２４ 芯材
２５ ゴム層
３１ トナー
３２ 第１ファイバ
３３ 第２ファイバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機およびプリンタなど、電子写真方式による画像形成装置に用いられる供給ローラおよびそれを備える現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機およびレーザビームプリンタなどの電子写真方式を用いた画像形成装置において、画像形成用の現像剤として一成分系トナーが用いられる場合には、トナーを収容するトナー収容容器における感光体を臨む側の開口に、現像剤担持体としての現像ローラが設けられ、該現像ローラの外周面にトナーを付着させて、感光体に形成される静電潜像にトナーを供給している。トナー収容容器内のトナーを現像ローラの外周面上に効率的に付着させるために、トナー収容容器内には、現像ローラにトナーを供給するための供給ローラが設けられる。
【０００３】
従来から、供給ローラとして導電性スポンジが用いられてきた。しかしながら、導電性スポンジを用いる場合には、多くの解決すべき問題がある。そこで、そのスポンジの欠点を解消するために、導電性を有するファイバを静電植毛法によって植設したローラが供給ローラとして使用されてきている（たとえば、特許文献１参照）。このような供給ローラは、トナーに不要な摩擦帯電を与えることがなく、またトナーに機械的なストレスを与えないので、非常に優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１２３８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の供給ローラに用いられているファイバの構造では、長期の使用によって表面の導電層が削れ、電気抵抗が変化してしまうおそれがある。これにより、現像ローラへのトナーの供給に影響を与えてしまうだけでなく、トナーの帯電性にも影響を与えてしまうおそれがあり、このような現像ローラは、長期の使用には耐えることができないという問題がある。
【０００６】
導電材がファイバの基材として使用されている場合は、導電部が直接現像ローラに接触してしまうこととなり、現像ローラと供給ローラとの間に大きな電位差を設けると、電気的に短絡したり、現像ローラに印加しているバイアス電圧に影響を与え、現像が不安定になったりするという問題がある。
【０００７】
また、ファイバが植設された供給ローラでは、ファイバ間に保持しているトナーが供給ローラと現像ローラとの間で楔となって、トナーの流れを著しく阻害してしまい、トナーが凝集、所謂ケーキングを発生させたり、トナーを破砕させたりしてしまうという問題がある。また、供給ローラの回転トルクを増大させてしまい、現像装置を破損させてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、現像ローラへトナーを供給するための回転トルクを可及的に小さくするとともに、長期の使用にも耐えることができ、現像ローラに対して安定してトナーを供給することのできる供給ローラおよびそれを備える現像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置の感光体の表面に現像剤を供給する現像ローラに対して収容容器内の現像剤を供給する供給ローラであって、
少なくとも導電性または半導電性を有する表面部を有する芯材と、
電気絶縁性または前記現像ローラよりも高い電気抵抗を有する第１のファイバと、
導電性または半導電性を有する第２のファイバとを含み、
前記芯材の表面部には、第１のファイバと第２のファイバとが混合されて植設されていることを特徴とする供給ローラである。
【００１０】
また本発明は、前記第１のファイバの長さは、前記第２のファイバの長さよりも大きいことを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、前記表面部に植設されたファイバのうち、前記第１のファイバの比率は２０％以上８０％以下であることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に備えられる現像装置であって、
前記供給ローラと、
感光体上の静電潜像に現像剤を供給する現像ローラとを含み、
前記第１のファイバの長さは、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離よりも長く、前記第２のファイバの長さは、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離よりも短いことを特徴とする現像装置である。
【００１３】
また本発明は、前記第１のファイバの長さと、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離との差は、０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記第２のファイバの長さと、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離との差は、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、現像装置において、現像ローラにトナーを供給するための供給ローラの回転トルクを可及的に小さくし、現像ローラに対して安定してトナーを供給することができる。また、トナーに機械的なストレスを与えることを防ぎ、トナーの特性が変化してしまうことを防止することができる。さらに供給ローラは、長期にわたる使用にも耐えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る供給ローラ１２を備える現像装置１の概略的な構成を示す断面図である。
【図２】現像装置１を備える画像形成装置１００の概略的な構成を示す図である。
【図３】現像ローラ１１と供給ローラ１２とが接触しているニップ部の状態を示す図である。
【図４】供給ローラ１２の芯材２１の外周面にファイバ層２２を、静電植毛法によって形成する工程を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る供給ローラ１２を備える現像装置１の概略的な構成を示す断面図である。図２は、現像装置１を備える画像形成装置１００の概略的な構成を示す図である。
【００１８】
画像形成装置１００は、現像装置１と、感光体２と、帯電装置３と、露光ユニット４と、転写装置５と、クリーニング部６と、定着装置７とを備える。画像形成装置１００は、電子写真方式の画像形成装置であり、たとえば複写機およびレーザビームプリンタなどによって実現される。また、画像形成装置１００に備えられる現像装置１は、非磁性一成分現像剤（以下、「トナー」と記す）を用いる現像装置である。
【００１９】
像担持体である感光体２は、表面に有機光導電膜が設けられており、通常は電気絶縁性を示し、光が照射される部分が導電性を示すようになる。感光体２は、図示しない駆動装置によって回転方向２ａに回転駆動される。感光体２は、静電潜像の形成に先立って、帯電装置３によって正極性に一様に帯電される。露光ユニット４は、帯電装置３よりも回転方向２ａ下流側で感光体２を臨んで配置され、レーザあるいは発光ダイオードなどの光源を備え、一様に帯電された感光体２の表面に対して、形成すべき画像の画像信号に基づいて光を照射する。光照射が行われると、光照射を受けた部分は、導電性を有するようになって電荷が消失し、光照射を受けない部分は、帯電状態が維持される。これによって、感光体２の表面には、静電潜像が形成される。
【００２０】
現像装置１は、露光ユニット４よりも回転方向２ａ下流側で感光体２を臨んで配置され、感光体２の表面に形成される静電潜像に対して、帯電したトナーを供給する。トナーの帯電極性を感光体２の帯電極性と同一にしておくと、トナーは感光体２の表面のうち光照射によって電荷が消失した部分に選択的に付着し、トナーによる現像が行われる。すなわち、静電潜像が顕像化され、感光体２の表面には、静電潜像に対応する現像剤像が形成される。なお、現像装置１の詳細については後述する。
【００２１】
転写装置５は、現像装置１よりも回転方向２ａ下流側で感光体２を臨んで配置され、トナーの帯電極性とは反対の極性でコロナ放電を行い、搬送されてきた記録用紙８上に感光体２の表面上のトナーを転写させる吸引力を発生させる。記録用紙８は、現像剤像が転写された後、定着装置７に搬送される。定着装置７は、加熱ローラ７ａと加圧ローラ７ｂとを備え、記録用紙８を挟んで加圧し、加熱する。トナーには、熱可塑性結着樹脂が含まれ、定着装置７の加熱加圧によって溶融し、記録用紙８上に転写されたトナーを固着させる。クリーニング部６は、帯電装置３よりも回転方向２ａ上流側で感光体２を臨んで配置され、記録用紙８に転写されずに感光体２上に残留するトナーを、感光体２から除去する機能を有する。
【００２２】
以下、図１を用いて、本実施形態に係る供給ローラ１２を備える現像装置１について説明する。
【００２３】
現像装置１は、現像剤担持体である現像ローラ１１と、供給ローラ１２と、現像剤規制部材であるブレード１３と、トナー収容容器１４とを含んで構成される。トナー収容容器１４は、内部にトナーを収容するための収容空間が形成され、さらに感光体２を臨んで開口が形成されている。該収容空間には、乾式非磁性一成分系のトナーが収容される。
【００２４】
現像ローラ１１および供給ローラ１２は、トナー収容容器１４の開口付近に配置され、いずれもトナー収容容器１４によって回転可能に保持される。現像ローラ１１は、トナー収容容器１４の開口を閉塞するように配置され、外周面の一部が開口端部１４ａよりも外方へ露出している。すなわち、現像ローラ１１は、感光体２を臨んで設けられている。供給ローラ１２は、トナー収容容器１４内に現像ローラ１１に隣接して、かつ現像ローラ１１に接触するように設けられている。現像ローラ１１は回転方向１１ａに、供給ローラ１２は回転方向１２ａに、それぞれ図示しない駆動装置によって回転駆動される。回転方向１１ａと回転方向１２ａとは、互いに異なる方向である。
【００２５】
ブレード１３は、現像ローラ１１の外周面に近接した位置であって、現像ローラ１１と供給ローラ１２との接触領域よりも回転方向１１ａ下流側に設けられ、トナー収容容器１４内に固定して保持される。
【００２６】
現像ローラ１１は、金属製で円柱状の芯材２４の外周面に、円筒状の電気絶縁性ゴム層２５が設けられて構成されている。電気絶縁性ゴム層２５は、電気絶縁性を有する材質によって形成され、たとえばシリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルブチレンゴムなどの材質によって形成される。電気絶縁性ゴム層２５の電気抵抗は、１０４Ω〜１０９Ωである。
【００２７】
供給ローラ１２は、金属製で円柱状の芯材２１の外周面に、複数のファイバが植設されて成るファイバ層２２が設けられて構成されている。すなわち、ファイバ層２２は円筒状である。
【００２８】
現像ローラ１１の芯材２４は、たとえばＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４１７、ＳＵＳ４３０、あるいは、ＳＵＭ２４に無電解ニッケルメッキ処理を施したものなどの材質によって形成され、供給ローラ１２の芯材２１は、たとえば現像ローラ１１の芯材２４と同一の材質によって形成される。
【００２９】
本実施形態では、芯材２１，２４として、金属製の材質のものが用いられているが、少なくともその表面部において導電性を有する（すなわち、電気抵抗が１０２Ω以下である）か、または半導電性を有する（すなわち、電気抵抗が１０２Ωを超え、１０４Ω以下である）ものであればよく、たとえば電気絶縁性の合成樹脂性筒体の外周面に導電層もしくは半導電層を設けたもの、または電気絶縁性の紙製筒体の外周面に導電層もしくは半導電層を設けたものが用いられてもよい。この場合、導電層または半導電層は、鍍金などによって形成されてもよく、ファイバを植設するために設けられる導電性または半導電性を有する接着剤によって実現されてもよい。
【００３０】
現像ローラ１１および供給ローラ１２には、トナーを静電気的に移動させるためのバイアス電圧が、それぞれ電源１５，１６によって印加されている。本実施形態では、現像ローラ１１に印加される電圧は＋３００Ｖ程度に設定され、供給ローラ１２に印加される電圧は＋４００Ｖ程度に設定されている。バイアス電圧の印加によって、現像ローラ１１と供給ローラ１２との間には、電界が形成される。
【００３１】
図３は、現像ローラ１１と供給ローラ１２とが接触しているニップ部の状態を示す図である。ここで、供給ローラ１２の芯材２１と現像ローラ１１との間の最も接近した部位間の距離をＬ１で表すものとする。
【００３２】
供給ローラ１２に設けられるファイバ層２２は、互いに長手方向寸法の異なる２種類のファイバである第１ファイバ３２と第２ファイバ３３とが混合されて構成されている。詳細には、第１ファイバ３２および第２ファイバ３３が、供給ローラ１２の半径方向に延びるように、芯材２１の外周面に植設されて構成される。なお、芯材２１の外周面には、所定の密度でファイバが植設される。植設方法については後述するが、植設された第１ファイバ３２および第２ファイバ３３は、芯材２１の外周面に塗布された接着剤層によって該外周面に固着されている。
【００３３】
第１ファイバ３２は、電気絶縁性を有する（すなわち、電気抵抗が１０８Ω以上である）合成樹脂性繊維であるか、現像ローラ１１の電気抵抗よりも高い電気抵抗を有する合成樹脂性繊維である。第１ファイバ３２としては、たとえばナイロン６６、レーヨン、ポリエステル、アクリルなどの材質から成る合成樹脂性繊維を用いることができる。
【００３４】
第２ファイバ３３は、導電性を有する（すなわち、電気抵抗が１０２Ω以下である）合成樹脂性繊維であるか、半導電性を有する（すなわち、電気抵抗が１０２Ωを超え、１０４Ω以下である）合成樹脂性繊維である。第２ファイバ３３は、たとえば第１ファイバ３２と同一の材質から成る合成樹脂性繊維に、カーボンナノチューブなどの導電材を混入または積層することによって形成される。
【００３５】
第１ファイバ３２および第２ファイバ３３の長手方向の寸法（以下、単に「長さ」という場合がある）に関しては、第１ファイバ３２は、その長さが少なくとも最も接近した部位間の距離Ｌ１よりも長く、第２ファイバ３３は、その長さが少なくとも最も接近した部位間の距離Ｌ１よりも短くなるように形成される。すなわち、第１ファイバ３２は、ニップ部において現像ローラ１１に対して接触しているが、第２ファイバ３３は、ニップ部において現像ローラ１１に対して接触せずに離間している。
【００３６】
次に、現像装置１の動作について説明する。
供給ローラ１２は、トナー収容容器１４内に収容されるトナー３１を、ファイバ層２２において保持した状態で回転方向１２ａに回転駆動される。このときトナー３１は、芯材２１の半径方向に各第２ファイバ３３の基端部から遊端部に亘る略円筒状の保持領域Ｓ１において、各ファイバの隙間に保持されている。
【００３７】
保持領域Ｓ１ではファイバが密に存在するのでトナー３１が保持されるが、芯材２１の半径方向に各第２ファイバ３３の遊端部から各第１ファイバ３２の遊端部に亘る略円筒状の領域ではファイバの存在が疎であるため、該領域にはトナー３１は殆どまたは全く保持されない。換言すれば、該領域には、トナー３１が容易に通過することができる程度の間隙がファイバ間に形成されている。したがって、供給ローラ１２がトナー３１を保持した状態で回転駆動されたとしても、ファイバの隙間に保持されているトナー３１が、供給ローラ１２の芯材２１と現像ローラ１１との間で楔となってしまうことを防止することができる。すなわち、供給ローラ１２の回転トルクの上昇を防止することができる。
【００３８】
保持領域Ｓ１に保持されているトナー３１は、ニップ部まで搬送されると、現像ローラ１１と供給ローラ１２との間に形成される電界により、静電気的吸引力を受けて現像ローラ１１の外周面に転移する。このとき、ファイバ層２２には、導電性または半導電性を有する第２ファイバ３３が含まれているので、現像ローラ１１との間に安定した電界を形成することができ、供給ローラ１２から現像ローラ１１へのトナー３１の転移量を安定化させることができる。また、前述するように、保持領域Ｓ１よりも外方の前記領域には、トナー３１が容易に通過できる程度の間隙がファイバ間に形成されているので、供給ローラ１２は、保持しているトナー３１を現像ローラ１１に対して安定してかつ確実に供給することができる。
【００３９】
またニップ部には、感光体２に供給されずに現像ローラ１１の外周面上に残存する残留トナー３４が、ニップ部よりも上流側から回転方向１１ａに搬送されてくる。このとき、ニップ部では、第１ファイバ３２が現像ローラ１１の外周面を摺擦しながら回転方向１２ａに移動しているので、回転方向１１ａに搬送されてくる残留トナー３４を、第１ファイバ３２によって掻き落として除去することができる。前述するように、第１ファイバ３２は、電気絶縁性または現像ローラ１１よりも高い電気抵抗を有しているので、現像ローラ１１と第１ファイバ３２とが接触しても、現像ローラ１１と供給ローラ１２とが通電状態となることはなく、それぞれに印加されている電圧に不所望な影響を与えることがない。
【００４０】
また、第１ファイバ３２に導電層を被覆していないので、現像ローラ１１との接触に伴って第１ファイバ３２が屈曲したとしても、導電層が剥離してしまうおそれがない。したがって、長期的に使用された場合にも、供給ローラ１２は、現像ローラ１１に対して安定してトナー３１を供給することができる。
【００４１】
供給ローラ１２からトナー３１が静電気的に供給されることによって、ニップ部において現像ローラ１１の外周面に形成されたトナー層は、ニップ部よりも回転方向１１ａ下流側に設けられるブレード１３によって所定の層厚にされた後、感光体２に対向する領域まで搬送される。感光体２近傍まで搬送されてきたトナー３１は、接触または非接触によって、感光体２に形成される静電潜像に供給される。
【００４２】
なお、ファイバ層２２において、第１ファイバ３２と第２ファイバ３３とは、所定の割合で混合されて植設される。ファイバ層２２を構成する全てのファイバのうち、第１ファイバ３２の構成比率は、２０％以上８０％以下であることが好ましい。これにより、現像装置１は、供給ローラ１２から現像ローラ１１への安定したトナー３１の供給、残留トナー３４を確実に掻き取ることによるゴースト像の発生の防止、および供給ローラ１２の回転トルクの上昇の防止を実現することができる。本実施形態では、第１ファイバ３２と第２ファイバ３３とが略１：１の割合で混合されている。
【００４３】
また、第１ファイバ３２は、その長さが２．０ｍｍであり、最も接近した部位間の距離Ｌ１よりも０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下だけ大きな長さを有するのが好ましい。本実施形態では、最も接近した部位間の距離Ｌ１よりも０．２５ｍｍだけ大きな長さを有する。これにより、現像ローラ１１の外周面から残留トナー３４を確実に掻き落とすとともに、供給ローラ１２の回転トルクを可及的に低くすることができる。本実施形態では、第１ファイバ３２は、約１０デニールである。
【００４４】
また、第２ファイバ３３は、その長さが１．５ｍｍであり、最も接近した部位間の距離Ｌ１よりも０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下だけ小さな長さを有するのが好ましい。本実施形態では、最も接近した部位間の距離Ｌ１よりも０．２５ｍｍだけ小さな長さを有する。これにより、ファイバ層２２において適量のトナー３１を保持するとともに、現像ローラ１１との間に安定した電界を形成することができる。本実施形態では、第２ファイバ３３は、約３デニールである。
【００４５】
以下、芯材２１の外周面に第１ファイバ３２および第２ファイバ３３を植設する方法について説明する。
【００４６】
図４は、供給ローラ１２の芯材２１の外周面にファイバ層２２を、静電植毛法によって形成する工程を概略的に示す図である。芯材２１の外周面には、導電性または半導電性の接着剤層３５を塗布しておく。直流電源４１に接続されている鉛直方向（図４の上下方向に一致しているものとする）に間隔をあけた一対の平行平板電極４２，４３の間に、芯材２１が配置される。このとき芯材２１は、芯材２１の軸線Ｊが水平方向に延びるように配置される。そして、平行平板電極４２，４３の間に、直流電源４１によって高電圧が印加される。
【００４７】
電圧の印加によって、一対の平行平板電極４２，４３の間には電界が形成される。高電位側の電極４２上には、植設されるべきファイバ４６が予め上載されている。ファイバ４６は、植設されるべき第１のファイバ３２と第２のファイバ３３とが、前述する２０％以上８０％以下における所定の構成比率で予め混合されて構成されている。また、芯材２１と電極４２との間には、電気絶縁性を有する合成樹脂などの材料によって形成される平板状の制限部材４４が、平行平板電極４２，４３と平行になるように配置されている。この制限部材４４には、スリット４５が形成されている。制限部材４４は、スリット４５が、芯材２１の軸線Ｊに平行に延びるように、かつ芯材２１の鉛直下方に配置されるように設けられる。
【００４８】
一対の平行平板電極４２，４３の間に電界が形成されると、平行平板電極４２に上載されるファイバ４６のうち、スリット４５を通過して飛翔するファイバ４６が、芯材２１の半径方向に延びるように、芯材２１の外周面に付着する。外周面に付着したファイバ４６は、接着剤層３５によって、外周面に固着される。
【００４９】
この静電植毛時において、芯材２１は図示しない駆動装置によって回転方向２１ａに回転駆動されるように構成されており、芯材２１を回転駆動させることによって、芯材２１の外周面全面に亘ってファイバ４６が植設される。このとき、芯材２１の外周面には、ファイバ４６に含まれる第１のファイバ３２と第２のファイバ３３とが同時に植設される。
【００５０】
接着剤としては、水性のアクリル系エマルジョン接着剤、ウレタン系接着剤、およびポリエステル系ホットメルト接着剤などを用いても良く、導電性を備えさせるためには、銀ペーストなどの導電性物質を接着剤に練り込んでおけば良い。
【符号の説明】
【００５１】
１ 現像装置
２ 感光体
１１ 現像ローラ
１２ 供給ローラ
２１ 芯材
２２ ファイバ層
２４ 芯材
２５ ゴム層
３１ トナー
３２ 第１ファイバ
３３ 第２ファイバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真方式を用いた画像形成装置の感光体の表面に現像剤を供給する現像ローラに対して収容容器内の現像剤を供給する供給ローラであって、
少なくとも導電性または半導電性を有する表面部を有する芯材と、
電気絶縁性または前記現像ローラよりも高い電気抵抗を有する第１のファイバと、
導電性または半導電性を有する第２のファイバとを含み、
前記芯材の表面部には、第１のファイバと第２のファイバとが混合されて植設されていることを特徴とする供給ローラ。
【請求項２】
前記第１のファイバの長さは、前記第２のファイバの長さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の供給ローラ。
【請求項３】
前記表面部に植設されたファイバのうち、前記第１のファイバの比率は２０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の供給ローラ。
【請求項４】
電子写真方式を用いた画像形成装置に備えられる現像装置であって、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の供給ローラと、
感光体上の静電潜像に現像剤を供給する現像ローラとを含み、
前記第１のファイバの長さは、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離よりも長く、前記第２のファイバの長さは、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離よりも短いことを特徴とする現像装置。
【請求項５】
前記第１のファイバの長さと、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離との差は、０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
【請求項６】
前記第２のファイバの長さと、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離との差は、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の現像装置。
【請求項１】
電子写真方式を用いた画像形成装置の感光体の表面に現像剤を供給する現像ローラに対して収容容器内の現像剤を供給する供給ローラであって、
少なくとも導電性または半導電性を有する表面部を有する芯材と、
電気絶縁性または前記現像ローラよりも高い電気抵抗を有する第１のファイバと、
導電性または半導電性を有する第２のファイバとを含み、
前記芯材の表面部には、第１のファイバと第２のファイバとが混合されて植設されていることを特徴とする供給ローラ。
【請求項２】
前記第１のファイバの長さは、前記第２のファイバの長さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の供給ローラ。
【請求項３】
前記表面部に植設されたファイバのうち、前記第１のファイバの比率は２０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の供給ローラ。
【請求項４】
電子写真方式を用いた画像形成装置に備えられる現像装置であって、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の供給ローラと、
感光体上の静電潜像に現像剤を供給する現像ローラとを含み、
前記第１のファイバの長さは、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離よりも長く、前記第２のファイバの長さは、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離よりも短いことを特徴とする現像装置。
【請求項５】
前記第１のファイバの長さと、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離との差は、０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
【請求項６】
前記第２のファイバの長さと、現像ローラと前記芯材との最も接近した部位間の距離との差は、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の現像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−４７８３１（Ｐ２０１２−４７８３１Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８７６６３（Ｐ２０１０−１８７６６３）
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（５１０２２９４７４）株式会社エー・ジー・エス (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（５１０２２９４７４）株式会社エー・ジー・エス (1)
【Ｆターム（参考）】
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