説明

現像ローラ、現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置

【課題】経年変化による現像剤の搬送量の低下を抑制でき、画像のムラを防止できる現像ローラ、現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置はプロセスカートリッジを備えている。プロセスカートリッジは現像ローラを備えている。現像ローラはマグネットローラと現像スリーブを備えている。マグネットローラは固定されている。現像スリーブの外表面には平面視円形又は楕円形の凹みが互いに重ならないように間隔をあけて、多数配置されている。そして、現像スリーブの周方向の断面における外表面と平面視円形又は楕円形の凹みとの境界部が、丸みを帯びた曲面に形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等に用いられる現像ローラ、現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関し、さらに詳しくは、現像スリーブに担持された現像剤を、感光体ドラムと現像スリーブとが間隙をもって対向する現像領域に搬送し、該感光体ドラム上の静電潜像を現像してトナー像を形成する現像ローラ及び現像装置に関する。また、本発明は、かかる現像装置を有するプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
画像形成装置の現像ローラの現像スリーブに現像剤を担持して、該現像材を感光体ドラムに確実に搬送するために、低速機の場合を除き、前述した現像スリーブ(例えば、特許文献1乃至特許文献3参照)の外表面にサンドブラスト加工が施されたり、該外表面に溝が形成されたり、該外表面に回転磁場により線条材をランダムに衝突させる所謂電磁ブラスト加工が施されたりしていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
前述したサンドブラスト加工が施されたり溝が形成されていることで、高速で回転する現像スリーブ上で現像剤がスリップして、停滞することで画像の濃度が低下することを防止している。
【0004】
前述したサンドブラスト加工が施される現像スリーブは、アルミニウム合金、真鍮、ステンレス、導電性樹脂のうちいずれかで構成されるが、コストの低減及び加工精度の向上を図るために、アルミニウム合金で構成されることが多い。アルミニウム合金で構成された現像スリーブの外表面にサンドブラスト加工を施す場合には、例えば、高温で現像スリーブ状に押し出されたアルミ管に冷間で砥粒を吹き付けて表面に凹凸を形成する。表面粗さは、Rz5.0〜15[μm]程度に形成される。このようにサンドブラスト加工を施した現像スリーブでは、高速で回転しても、現像剤は凹凸に引っかかりスリップの発生が防止可能となる。
【0005】
しかしながら、その外表面に形成された凹凸が非常に細かいので、現像剤などにより該凹凸が徐々に削られ、そのために、前述したサンドブラスト加工が施された現像スリーブは、印刷枚数が増加するにしたがって則ち経年変化によって、前述した凹凸が削られて平らになってしまう。したがって、前述したサンドブラスト加工が施された現像スリーブは、徐々に現像剤の搬送量が減少して、形成した画像が徐々に薄くなるという不具合を生じる。このように、サンドブラスト加工が施された現像スリーブは、耐久性の問題がある。現像スリーブを高硬度のステンレス鋼で構成したり、表面の硬化処理を施したりすることも可能であるが、コストアップになってしまうので望ましくない。
【0006】
また、前述した溝を外表面に形成される現像スリーブは、アルミニウム合金、真鍮、ステンレス、導電性樹脂のうちいずれかで構成されるが、前述と同様にコストの低減及び加工精度の向上を図るために、アルミニウム合金で構成されることが多い。アルミニウム合金で構成された現像スリーブの外表面に溝を形成する場合には、例えば、高温で現像スリーブ状に押し出されたアルミ管を冷間で引き抜き、ダイスにより溝を形成する。溝の形状としては断面方形型、V字型、U字型等が一般的である。また、溝の深さは現像スリーブの外表面から0.2[mm]程度、溝の数は例えば外径φ18の現像スリーブで50本程度が一般的である。このように溝加工を施した現像スリーブでは、高速で回転しても、現像剤は溝内に引っかかりスリップの発生が防止可能となる。
【0007】
また、前述した溝が外表面に形成された現像スリーブは、前記溝が前述したサンドブラスト加工によって形成される凹凸より遙かに大きいので、該溝が摩耗しにくく経年変化とともに現像剤の搬送量が低下することが無い。即ち、前述した溝が外表面に形成された現像スリーブは、サンドブラスト加工を施した現像スリーブに比べ長期間の使用でも摩耗が少なく、安定した現像剤の搬送が可能という利点がある。
【0008】
しかしながら、前述した溝を外表面に形成した現像スリーブは、溝内で搬送する現像剤が、溝が設けられていない部分で搬送する現像剤より多くなるので、溝による画像濃度の周期的な変動、いわゆるピッチムラの発生が見られる。図24(b)に示すように、一般に現像スリーブ200の外表面に形成された溝202が深いほど現像剤の搬送性能は向上するが、溝202の有無による現像電界強度の差などによるピッチムラが発生しやすくなる。一方、溝202が浅いと、現像電界強度の観点ではピッチムラは発生しにくくなるが、溝202に現像剤中のトナーや添加剤、または磁性キャリアが詰まった場合、現像剤の搬送性能の低下の度合いが大きくなり、汲み上げ現像剤量不足によるピッチムラが発生し易くなる。なお、図24(b)は、従来の現像スリーブの長手方向に沿う溝の有無による現像電界強度を示す説明図である。
【0009】
そこで、前述した問題の対策として、特許文献1では、現像スリーブの溝の深さを0.10mm以上、0.15mm以下と規定することで、ピッチムラの発生を防止しつつ、現像剤の搬送機能を維持する工夫を行ってきた。しかし、近年では、高画質を得るために、より小粒径のトナーやより小粒径のキャリアの採用や近接現像による画像形成技術の進歩により画像再現性が向上しているため、ピッチムラが目立ち易くなっている。このため、上記特許文献1の画像形成装置であっても、ピッチムラが発生することがあった。
【0010】
この原因について検討したところ、図25及び図26に示すように、現像スリーブ200と感光体ドラム201とが対向する現像領域Dにおいて、溝202が形成されていない現像スリーブ200の外表面では現像剤203がスリップして現像剤203の量が減少し、画像濃度の低下によるものであった。一般に、現像剤203は、現像スリーブ200と感光体ドラム201とが対向する現像領域Dにおいて移動するが、十分な画像濃度が得られるよう大量の現像剤203を現像領域Dへ搬送する必要がある。
【0011】
そのため、通常、現像スリーブ200は感光体ドラム201より1.1〜2.5倍の表面速度で回転駆動される。現像剤203が高速で現像領域Dを通過する際、相対的に低速な感光体ドラム201との摩擦は負荷抵抗となり、溝202が設けられていない部分での現像スリーブ200の外表面では、図25に示すように、現像剤203のスリップや汲み上げ量不足が発生してしまう。このため、現像領域Dでは、現像スリーブ200の回転方向上流側に比べて、下流側の現像剤量が少なくなってしまう。一方、図26に示すように、現像領域D内を溝202が通過する間は十分な搬送力が得られるためスリップの発生が無いし汲み上げ量も十分である。つまり、現像領域D内を通過する溝202の周期にて、スリップ発生の有無により現像剤203の量が変動し、画像濃度差によるピッチムラが発生してしまう。
【0012】
前述した特許文献2では、現像剤として体積平均粒径が4μm以上、8.5μm以下のトナーを用い、現像スリーブの外表面に長手方向に延びる複数の溝を有し、互いに隣接する溝間の間隔を、現像剤が感光体ドラムに接触する現像領域の感光体ドラムの表面移動方向の幅に比べて小さくした画像形成装置を提案している。この画像形成装置によれば、現像領域内には、常に現像スリーブの溝が少なくとも1本存在し、溝が現像スリーブに担持された現像剤のスリップを抑える。よって、現像領域内に現像スリーブの溝が存在しなくなることがある場合に比べ、現像領域内での現像剤の量の変動を小さく抑えることができる。これにより、体積平均粒径が8.5μm以下の小粒径トナーを用いても、画像再現性のよい高品質な画像を形成するとともに、画像濃度差によるピッチムラを目立ちにくくしている。
【0013】
前述した特許文献2に記載された現像スリーブでは、溝間の間隔を狭くする必要がありアルミ管を冷間引き抜き加工でダイスにより溝を形成する方法に限界が有り、又溝の形成可能な溝間の間隔であっても外径寸法仕上げとしての切削加工又は研削加工において溝の深さ偏差が増大し、溝の深さ偏差に起因する画像濃度ムラが生じる。
【0014】
一方、溝の形成方法として、溝を1本又は複数本同時に切削する加工方法に於いては溝間の間隔を狭くした溝の深さの偏差を低減することは可能であっても加工工数が増えてコストアップになってしまう。
【0015】
また、特許文献3に示された電磁ブラスト加工では、経年変化による現像剤の搬送量の低下を抑制することができるが、ランダムに線条材を現像スリーブの外表面に衝突させるため、最適な現像剤のくみ上げ量を確保しながら長寿命化を図ることができる加工条件を設定することが困難で、今後の高速機での高画質維持の為に更に汲み上げ量を増加させることに対する対応が困難という課題があった。
【0016】
この種の経年変化による現像剤の搬送量の低下の抑制と、画像のムラの発生の防止との両立を図るために、本発明の出願人は、軸芯周りに回転する回転工具としてのエンドミルの先端部を現像スリーブの外表面に当接させ、この現像スリーブを軸芯周りに回転させながら、前記エンドミルと前記現像スリーブとを相対的に当該現像スリーブの長手方向に相対的に移動させて、この現像スリーブの外表面に隣り合うもの同士が間隔をあけるように、凹みを規則的に形成することを提案している。
【0017】
上記のように形成された現像スリーブは、従来のサンドブラスト加工により形成されるような凸部が形成されずに、凹みがより大きな凹みに形成されているので、経年変化によっても、凹みが摩耗しにくくなり、よって、経年変化による現像剤の搬送量の低下を抑制できる。さらに、当該現像スリーブは、外表面に形成された凹みが重ならないように間隔をあけて多数配置されているので、現像剤が凹み内に溜まるので、該現像剤の溜まる箇所が外表面に均一に間隔をあけて配置されることとなり、よって、画像のムラが生じることを防止できる。
【0018】
しかしながら、エンドミルによって外表面の凹みが形成された現像スリーブは、加工される際に、現像スリーブの外表面と、凹みの内面との境界部にバリやエッジ等が形成されてしまうことがある。このため、印刷枚数が増加するにしたがって、現像剤などにより凹みの境界部が徐々に磨耗される。こうして、凹みの境界部が徐々に磨耗されることによって、現像スリーブの境界部は磨耗されて、現像スリーブの外表面が平らに近付くため、現像剤の搬送量が低下する虞れがあった。
【0019】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、経年変化による現像剤の搬送量の低下を抑制できるとともに、画像のムラが生じることを防止できる現像ローラ、現像装置、及び該現像装置を備えたプロセスカートリッジ並びに画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0020】
請求項1に記載の現像ローラは、(a)マグネットローラと、(b)前記マグネットローラを内包していて該マグネットローラの磁力により外表面にトナーが吸着された磁性キャリアを吸着するとともに、平面視円形又は楕円形の凹みが、互いに重ならないように間隔をあけて、多数設けられた現像スリーブと、を備えた現像ローラにおいて、前記現像スリーブの周方向の断面における外表面と前記平面視円形又は楕円形の凹みとの境界部が、丸みを帯びた曲面に形成されていることを特徴としている。
【0021】
請求項2に記載の現像ローラは、請求項1に記載の現像ローラにおいて、前記丸みを帯びた曲面に形成された前記境界部の曲率半径が、前記磁性キャリアの体積平均粒径よりも大きいものとされていることを特徴としている。
【0022】
請求項3に記載の現像ローラは、請求項2に記載の現像ローラにおいて、前記現像スリーブの回転方向の上流側における前記境界部の曲率半径が、前記現像スリーブの回転方向の下流側における前記境界部の曲率半径よりも大きいものとされていることを特徴としている。
【0023】
請求項4に記載の現像ローラは、請求項1乃至請求項3のうちいずれか一項に記載の現像ローラにおいて、前記現像スリーブの周方向の断面における回転方向の上流側に位置する上流側内面と、前記現像スリーブの軸芯と前記凹みの底部とを結ぶ仮想面と、がなす第1角度が、前記現像スリーブの周方向の断面における回転方向の下流側に位置する下流側内面と、前記仮想面と、がなす第2角度よりも大きいものとされていることを特徴としている。
【0024】
請求項5に記載の現像ローラは、請求項1乃至請求項4のうちいずれか一項に記載の現像ローラにおいて、前記凹みの前記現像スリーブの周方向の断面形状が、円弧状に形成され、かつ、前記平面視円形又は楕円形の凹みの前記現像スリーブの長手方向の断面形状が、円弧状に形成されていることを特徴としている。
【0025】
請求項6に記載の現像ローラは、請求項1乃至請求項4のうちいずれか一項に記載の現像ローラにおいて、前記平面視円形又は楕円形の凹みにおける前記現像スリーブの周方向の断面形状が、V字状に形成され、かつ、前記凹みの前記現像スリーブの長手方向の断面形状が、円弧状に形成されていることを特徴としている。
【0026】
請求項7に記載の現像ローラは、請求項1乃至請求項6のうちいずれか一項に記載の現像ローラにおいて、前記現像スリーブの周方向に互いに隣り合う前記平面視円形又は楕円形の凹み同士が、当該現像スリーブの長手方向に位置をずらした位置に配置されていることを特徴としている。
【0027】
請求項8に記載の現像ローラは、請求項7に記載の現像ローラにおいて、前記平面視円形又は楕円形の凹みが、前記現像スリーブの外表面に螺旋上に配置されていることを特徴としている。
【0028】
請求項9に記載の現像ローラは、請求項1乃至請求項8のうちいずれか一項に記載の現像ローラにおいて、前記平面視円形又は楕円形の凹みが、軸芯回りに回転される回転工具によって、前記現像スリーブの外表面に切削加工されて形成されていることを特徴としている。
【0029】
請求項10に記載の現像ローラは、請求項9に記載の現像ローラにおいて、前記平面視円形又は楕円形の凹みが、前記回転工具の軸芯と交差する状態に配置された現像スリーブがその軸芯回りに回転されながら、前記回転工具と前記現像スリーブとが当該現像スリーブの長手方向に相対的に移動されて形成されていることを特徴としている。
【0030】
請求項11に記載の現像装置は、外表面にトナーが吸着された磁性キャリアを吸着する現像スリーブを有した現像ローラを備えた現像装置において、前記現像ローラとして、請求項1乃至請求項10のうちいずれか一項に記載の現像ローラを備えたことを特徴としている。
【0031】
請求項12に記載のプロセスカートリッジは、現像装置を少なくとも有するプロセスカートリッジにおいて、前記現像装置として、請求項11記載の現像装置を有することを特徴としている。
【0032】
請求項13に記載の画像形成装置は、感光体ドラムと、帯電装置と、現像装置と、を少なくとも有する画像形成装置において、前記現像装置として、請求項11記載の現像装置を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【0033】
請求項1に記載の現像ローラによれば、前記現像スリーブの周方向の断面における外表面と凹みとの境界部が、丸みを帯びた曲面に形成されている。このように、あらかじめ、前記境界部に丸みが形成されていることで、経年使用による境界部の磨耗が抑制されることにより、現像剤の搬送量の低下を抑制できる。こうして、画像濃度の低下を抑制することができる。
【0034】
請求項2に記載の現像ローラによれば、前記現像スリーブの周方向の断面における外表面と前記凹みとの境界部であるとともに前記丸みを帯びた曲面に形成された境界部の曲率半径が、前記磁性キャリアの体積平均粒径よりも大きいものとされている。このように、前記境界部の曲率半径を、磁性キャリアの体積平均粒径よりも大きく形成することで、磁性キャリアと前記境界部との接触面積が大きくなり、経年使用による境界部の磨耗が抑制され、画像濃度の低下を抑制できる。
【0035】
請求項3に記載の現像ローラによれば、前記現像スリーブの回転方向の上流側における前記境界部の曲率半径が、前記現像スリーブの回転方向の下流側における前記境界部の曲率半径よりも大きく形成されている。経年使用による境界部の磨耗量は、前記現像スリーブの回転方向の下流側よりも上流側が多いことから、予め前記現像スリーブの回転方向の上流側における前記境界部の曲率半径を、前記現像スリーブの回転方向の下流側における前記境界部の曲率半径よりも大きく形成することにより、経年使用による境界部の磨耗が抑制されることにより、現像剤の搬送量の低下を抑制できる。こうして、画像濃度の低下を抑制できる。
【0036】
請求項4に記載の現像ローラによれば、前記現像スリーブの周方向の断面における前記凹みにおいて、前記現像スリーブの周方向の断面における回転方向の上流側に位置する上流側内面と、前記現像スリーブの軸芯と前記凹みの底部とを結ぶ仮想面と、がなす第1角度が、前記現像スリーブの周方向の断面における回転方向の下流側に位置する下流側内面と、前記仮想面と、がなす第2角度よりも大きい形成されている。経年使用による境界部の磨耗量は、前記現像スリーブの回転方向の下流側よりも上流側が多いことから、予め前記第1角度を、前記第2角度よりも大きく形成する(即ち、現像スリーブの外表面と、上流側内面とがよりなだらかな傾斜に形成されている)ことによって、経年使用による境界部の磨耗が抑制されることにより、現像剤の搬送量の低下を抑制できる。こうして、画像濃度の低下を抑制できる。
【0037】
請求項5に記載の現像ローラによれば、凹みの現像スリーブの長手方向と周方向の双方の断面形状が、円弧状に形成されているので、凹み内に収容できる現像剤の量を多くすることができる、十分な量の現像剤を搬送することができる。
【0038】
請求項6に記載の現像ローラによれば、凹みの現像スリーブの長手方向の断面形状が、円弧状に形成されているので、凹み内に収容できる現像剤の量を多くすることができる、十分な量の現像剤を搬送することができる。
【0039】
請求項7に記載の現像ローラによれば、周方向に互いに隣り合う凹み同士が現像スリーブの長手方向に位置ずれしているので、現像スリーブの外表面に凹みが形成されていない箇所や凹みが多く形成されている箇所などが生じることを防止できる。したがって、現像スリーブの外表面に吸着する現像剤にムラが生じること即ち現像スリーブの外表面に一様に現像剤を吸着することができる。したがって、画像のムラが生じることを防止できる。
【0040】
請求項8に記載の現像ローラによれば、凹みが現像スリーブの外表面に螺旋上に配置されているので、現像スリーブの外表面に吸着する現像剤にムラが生じること即ち現像スリーブの外表面に一様に現像剤を吸着することができる。したがって、画像のムラが生じることを防止できる。
【0041】
請求項9に記載の現像ローラによれば、回転工具によって現像スリーブの外表面に凹みを形成するので、凹みを容易でかつ確実に規則的に現像スリーブの外表面に形成することができる。したがって、画像のムラが生じることを防止できる。
【0042】
請求項10に記載の現像ローラによれば、現像スリーブの軸芯回りに回転させかつ回転工具を移動させながら凹みを形成するので、現像スリーブの外表面に、凹みを確実に形成することができるとともに、凹みを規則的に形成することができる。したがって、画像のムラが生じることを防止できる。
【0043】
請求項11に記載の現像装置は、前述した現像ローラを備えているので、経年変化による現像剤の搬送量の低下を抑制できるとともに、画像のムラが生じることを防止できる。
【0044】
請求項12に記載のプロセスカートリッジは、請求項11記載の現像装置を備えているので、経年変化による現像剤の搬送量の低下を抑制できるとともに、画像のムラが生じることを防止できる。
【0045】
請求項13に記載の画像形成装置は、請求項11記載の現像装置を備えているので、経年変化による現像剤の搬送量の低下を抑制できるとともに、画像のムラが生じることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】本発明の第1の実施形態にかかる現像スリーブを備えた画像形成装置の構成を正面からみた説明図である。
【図2】図1に示された画像形成装置のプロセスカートリッジの断面図である。
【図3】図2中のIII−III線に沿う断面図である。
【図4】図1に示された画像形成装置の現像スリーブを示す斜視図である。
【図5】図4に示された現像スリーブの外表面を展開して模式的に示す説明図である。
【図6】(a)は、図5に示された現像スリーブの外表面の一部を模式的に拡大して示す説明図であり、(b)は、図6(a)中のVIB−VIB線に沿う断面図であり、(c)は、図6(a)中のVIC−VIC線に沿う断面図である。
【図7】図4に示された現像スリーブの外表面の一部を拡大して示す説明図である。
【図8】図6(b)の一部を拡大して示す断面図である。
【図9】(a)は、図4に示された現像スリーブの外表面に切削加工及び研磨を施す表面処理装置の概略の構成を示す側面図であり、(b)は、図9(a)中のVIIIB−VIIIB線に沿う断面図であり、(c)は、図9(b)に示されたエンドミルを拡大して示す側面図である。
【図10】図9に示された表面処理装置に研磨剤としてのファイバーサンダーが取り付けられて、図4に示された現像スリーブを研磨する様子を示す説明図である。
【図11】図4に示された現像スリーブの外表面の一部を模式的に拡大して示す説明図である。
【図12】図4に示された現像スリーブの外表面に磁性キャリアが吸着された状態を拡大して示す説明図である。
【図13】第2の実施形態に示された現像スリーブの外表面の一部を模式的に拡大して示す説明図である。
【図14】図13に示された現像スリーブの外表面に設けられた凹みを形成するためのエンドミルを拡大して示す側面図である。
【図15】(a)は、図6(a)に示された現像スリーブの変形例の外表面の一部を模式的に拡大して示す説明図であり、(b)は、図15(a)中のIXB−IXB線に沿う断面図であり、(c)は、図15(a)中のIXC−IXC線に沿う断面図である。
【図16】(a)は、図15に示された現像スリーブの外表面に設けられた凹みを形成するためのエンドミルを拡大して示す側面図であり、(b)は、図16(a)に示されたエンドミルの先端部の正面図である。
【図17】図6(b)に示された現像スリーブの外表面に形成された凹みの変形例を示す断面図である。
【図18】図6(b)に示された現像スリーブの外表面に形成された凹みの他の変形例を示す断面図である。
【図19】凹みが規則的に配置されている例を示す説明図である。
【図20】凹みが規則的に配置されている他の例を示す説明図である。
【図21】凹みの平面形状を模式的に示す説明図である。
【図22】比較品1に示された現像スリーブの外表面に磁性キャリアが吸着された状態を拡大して示す説明図である。
【図23】現像スリーブの外表面と凹みとの境界部の曲率半径と画像形成装置が画像形成する給紙枚数との関係を示すグラフである。
【図24】(a)は、図4に示された現像スリーブの長手方向に沿う現像電界強度を示す説明図である。(b)は、従来の現像スリーブの長手方向に沿う溝の有無による現像電界強度を示す説明図である。
【図25】従来の現像スリーブが現像剤をくみ上げる状態を示す説明図である。
【図26】従来の現像スリーブが現像剤をくみ上げる他の状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0047】
以下、本発明の第1の実施形態を、図1乃至図12に基づいて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態にかかる現像スリーブを備えた画像形成装置の構成を正面からみた説明図である。図2は、図1に示された画像形成装置のプロセスカートリッジの断面図である。図3は、図2中のIII−III線に沿う断面図である。図4は、図1に示された画像形成装置の現像スリーブを示す斜視図である。図5は、図4に示された現像スリーブの外表面を展開して模式的に示す説明図である。図6(a)は、図5に示された現像スリーブの外表面の一部を模式的に拡大して示す説明図であり、(b)は、図6(a)中のVIB−VIB線に沿う断面図であり、(c)は、図6(a)中のVIC−VIC線に沿う断面図である。図7は、図4に示された現像スリーブの外表面の一部を拡大して示す説明図である。図8は、図6(b)の一部を拡大して示す断面図である。図9(a)は、図4に示された現像スリーブの外表面に切削加工及び研磨を施す表面処理装置の概略の構成を示す側面図であり、(b)は、図9(a)中のVIIIB−VIIIB線に沿う断面図であり、(c)は、図9(b)に示されたエンドミルを拡大して示す側面図である。図10は、図9に示された表面処理装置に研磨剤としてのファイバーサンダーが取り付けられて、図4に示された現像スリーブを研磨する様子を示す説明図である。図11は、図4に示された現像スリーブの外表面の一部を模式的に拡大して示す説明図である。図12は、図4に示された現像スリーブの外表面に磁性キャリアが吸着された状態を拡大して示す説明図である。
【0048】
画像形成装置101は、イエロー(Y)、マゼンダ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色の画像則ちカラー画像を、一枚の転写材としての記録紙107(図1に示す)に形成する。なお、イエロー、マゼンダ、シアン、黒の各色に対応するユニットなどを、以下、符号の末尾に各々Y,M,C,Kを付けて示す。
【0049】
画像形成装置101は、図1に示すように、装置本体102と、給紙ユニット103と、レジストローラ対110と、転写ユニット104と、定着ユニット105と、複数のレーザ書き込みユニット122Y,122M,122C,122Kと、複数のプロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kとを少なくとも備えている。
【0050】
装置本体102は、例えば、箱状に形成され、フロア上などに設置される。装置本体102は、給紙ユニット103と、レジストローラ対110と、転写ユニット104と、定着ユニット105と、複数のレーザ書き込みユニット122Y,122M,122C,122Kと、複数のプロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kを収容している。
【0051】
給紙ユニット103は、装置本体102の下部に複数設けられている。給紙ユニット103は、前述した記録紙107を重ねて収容するとともに装置本体102に出し入れ自在な給紙カセット123と、給紙ローラ124とを備えている。給紙ローラ124は、給紙カセット123内の一番上の記録紙107に押し当てられている。給紙ローラ124は、前述した一番上の記録紙107を、転写ユニット104の後述する搬送ベルト129と、プロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kの後述する現像装置113の感光体ドラム108との間に送り出す。
【0052】
レジストローラ対110は、給紙ユニット103から転写ユニット104に搬送される記録紙107の搬送経路に設けられており、一対のローラ110a,110bを備えている。レジストローラ対110は、一対のローラ110a,110b間に記録紙107を挟み込み、該挟み込んだ記録紙107をトナー像に重ね合わせ得るタイミングで、転写ユニット104とプロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kとの間に送り出す。
【0053】
転写ユニット104は、給紙ユニット103の上方に設けられている。転写ユニット104は、駆動ローラ127と、従動ローラ128と、搬送ベルト129と、転写ローラ130Y,130M,130C,130Kとを備えている。駆動ローラ127は、記録紙107の搬送方向の下流側に配置されており、駆動源としてのモータなどによって回転駆動される。従動ローラ128は、装置本体102に回転自在に支持されており、記録紙107の搬送方向の上流側に配置されている。搬送ベルト129は、無端環状に形成されており、前述した駆動ローラ127と従動ローラ128との双方に掛け渡されている。搬送ベルト129は、駆動ローラ127が回転駆動されることで、前述した駆動ローラ127と従動ローラ128との回りを図中反時計回りに循環(無端走行)する。
【0054】
転写ローラ130Y,130M,130C,130Kは、それぞれ、プロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kの感光体ドラム108との間に搬送ベルト129と該搬送ベルト129上の記録紙107とを挟む。転写ユニット104は、転写ローラ130Y,130M,130C,130Kが、給紙ユニット103から送り出された記録紙107を各プロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kの感光体ドラム108の外表面に押し付けて、感光体ドラム108上のトナー像を記録紙107に転写する。転写ユニット104は、トナー像を転写した記録紙107を定着ユニット105に向けて送り出す。
【0055】
定着ユニット105は、転写ユニット104の記録紙107の搬送方向の下流に設けられ、互いの間に記録紙107を挟む一対のローラ105a,105bを備えている。定着ユニット105は、一対のローラ105a,105b間に転写ユニット104から送り出されてきた記録紙107を押圧加熱することで、感光体ドラム108から記録紙107上に転写されたトナー像を、該記録紙107に定着させる。
【0056】
レーザ書き込みユニット122Y,122M,122C,122Kは、それぞれ、装置本体102の上部に取り付けられている。レーザ書き込みユニット122Y,122M,122C,122Kは、それぞれ、一つのプロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kに対応している。レーザ書き込みユニット122Y,122M,122C,122Kは、プロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kの後述の帯電ローラ109により一様に帯電された感光体ドラム108の外表面にレーザ光を照射して、静電潜像を形成する。
【0057】
プロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kは、それぞれ、転写ユニット104と、レーザ書き込みユニット122Y,122M,122C,122Kとの間に設けられている。プロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kは、装置本体102に着脱自在である。プロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kは、記録紙107の搬送方向に沿って、互いに並設されている。
【0058】
プロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kは、図2に示すように、カートリッジケース111と、帯電装置としての帯電ローラ109と、感光体ドラム(像担持体ともいう)108と、クリーニング装置としてのクリーニングブレード112と、現像装置113と、を備えている。このため、画像形成装置101は、帯電ローラ109と、感光体ドラム108と、クリーニングブレード112と、現像装置113と、を少なくとも備えている。
【0059】
カートリッジケース111は、装置本体102に着脱自在で、かつ帯電ローラ109と、感光体ドラム108と、クリーニングブレード112と、現像装置113と、を収容している。帯電ローラ109は、感光体ドラム108の外表面を一様に帯電する。感光体ドラム108は、現像装置113の後述する現像ローラ115と間隔をあけて配されている。感光体ドラム108は、軸芯を中心として回転自在な円柱状又は円筒状に形成されている。感光体ドラム108は、対応するレーザ書き込みユニット122Y,122M,122C,122Kにより、外表面上に静電潜像が形成される。感光体ドラム108は、外表面上に形成されかつ担持する静電潜像にトナーが吸着して現像し、こうして得られたトナー像を搬送ベルト129との間に位置付けられた記録紙107に転写する。クリーニングブレード112は、記録紙107にトナー像を転写した後に、感光体ドラム108の外表面に残留した転写残トナーを除去する。
【0060】
現像装置113は、図2に示すように、現像剤供給部114と、ケース125と、現像剤担持体としての現像ローラ115と、規制部材としてのドクタブレード116とを少なくとも備えている。
【0061】
現像剤供給部114は、収容槽117と、攪拌部材としての一対の攪拌スクリュー118と、を備えている。収容槽117は、感光体ドラム108と長さが略等しい箱状に形成されている。また、収容槽117内には、該収容槽117の長手方向に沿って延びた仕切壁119が設けられている。仕切壁119は、収容槽117内を第1空間120と、第2空間121とに区画している。また、第1空間120と第2空間121とは、両端部が互いに連通している。
【0062】
収容槽117は、第1空間120と第2空間121との双方に現像剤126を収容する。現像剤126は、トナーと、磁性キャリア(磁性粉ともいう)135とを含んでいる。トナーは、第1空間120と、第2空間121とのうち現像ローラ115から離れた側の第1空間120の一端部に、適宜供給される。トナーは、乳化重合法又は懸濁重合法により製造された球状の微粒子である。なお、トナーは、種々の染料又は顔料を混入・分散した合成樹脂で構成される塊を粉砕して得られても良い。トナーの体積平均粒径は、3μm以上でかつ7μm以下である。また、トナーは、粉砕加工などにより形成されても良い。
【0063】
磁性キャリア135は、第1空間120と第2空間121との双方に収容されている。磁性キャリア135の体積平均粒径は、20μm以上でかつ50μm以下である。上述したような、小粒径のトナーや磁性キャリア135を用いることで、画像再現性が向上し、高品質な画像を得ることができる。
【0064】
攪拌スクリュー118は、第1空間120と第2空間121それぞれに収容されている。攪拌スクリュー118の長手方向は、収容槽117、現像ローラ115及び感光体ドラム108の長手方向と平行である。攪拌スクリュー118は、軸芯周りに回転自在に設けられており、軸芯周りに回転することで、トナーと磁性キャリア135とを攪拌するとともに、該軸芯に沿って現像剤126を搬送する。
【0065】
図示例では、第1空間120内の攪拌スクリュー118は、現像剤126を前述した一端部から他端部に向けて搬送する。第2空間121内の攪拌スクリュー118は、現像剤126を他端部から一端部に向けて搬送する。
【0066】
前述した構成によれば、現像剤供給部114は、第1空間120の一端部に供給されたトナーを、磁性キャリア135と攪拌しながら、他端部に搬送し、この他端部から第2空間121の他端部に搬送する。そして、現像剤供給部114は、第2空間121内でトナーと磁性キャリア135とを攪拌し、軸芯方向に搬送しながら、現像ローラ115の外表面に供給する。
【0067】
ケース125は、箱状に形成され、前述した現像剤供給部114の収容槽117に取り付けられて、該収容槽117とともに、現像ローラ115などを覆う。また、ケース125の感光体ドラム108と相対する部分には、開口部125aが設けられている。
【0068】
現像ローラ115は、円柱状に形成され、第2空間121と、感光体ドラム108との間でかつ前述した開口部125aの近傍に設けられている。現像ローラ115は、感光体ドラム108と収容槽117との双方と平行である。現像ローラ115は、感光体ドラム108と間隔をあけて配されている。現像ローラ115と感光体ドラム108との間の空間は、現像剤126のトナーを感光体ドラム108に吸着させて、静電潜像を現像してトナー像を得る現像領域131をなしている。現像領域131では、現像ローラ115と感光体ドラム108とが相対する。
【0069】
現像ローラ115は、図2及び図3に示すように、芯金134と、円筒状のマグネットローラ(磁石体ともいう)133と、前述した円筒状の現像スリーブ132とを備えている。芯金134は、長手方向が感光体ドラム108の長手方向と平行に配され、前述したケース125に回転することなく固定されている。
【0070】
マグネットローラ133は、磁性材料で構成され、かつ円筒状に形成されているとともに、図示しない複数の固定磁極が取り付けられている。マグネットローラ133は、芯金134の外周に軸芯回りに回転することなく固定されている。
【0071】
固定磁極は、長尺で棒状の磁石であり、マグネットローラ133に取り付けられている。固定磁極は、マグネットローラ133則ち現像ローラ115の長手方向に沿って延びており、該マグネットローラ133の全長に亘って設けられている。前述した構成のマグネットローラ133は、現像スリーブ132内に収容されている(内包されている)。
【0072】
一つの固定磁極は、前述した攪拌スクリュー118と相対している。該一つの固定磁極は、汲み上げ磁極をなしており、現像スリーブ132即ち現像ローラ115の外表面上に磁気力を生じて、収容槽117の第2空間121内の現像剤126を現像スリーブ132の外表面に吸着する。
【0073】
他の一つの固定磁極は、前述した感光体ドラム108と相対している。この固定磁極は、現像磁極をなしており、現像スリーブ132即ち現像ローラ115の外表面上に磁気力を生じて、現像スリーブ132と感光体ドラム108との間に磁界を形成する。この固定磁極は、該磁界によって磁気ブラシを形成することで、現像スリーブ132の外表面に吸着された現像剤126のトナーを感光体ドラム108に受け渡すようになっている。
【0074】
前述した汲み上げ磁極と現像磁極との間には、少なくとも一つの固定磁極が設けられている。この少なくとも一つの固定磁極は、現像スリーブ132即ち現像ローラ115の外表面上に磁気力を生じて、現像前の現像剤126を感光体ドラム108に向けて搬送するとともに、現像済みの現像剤126を感光体ドラム108から収容槽117内まで搬送する。
【0075】
前述した固定磁極は、現像スリーブ132の外表面に現像剤126を吸着すると、現像剤126の磁性キャリア135が該固定磁極が生じる磁力線に沿って複数重ねさせて、該現像スリーブ132の外表面上に立設(穂立ち)させる。このように、磁性キャリア135が磁力線に沿って複数重なって現像スリーブ132の外表面上に立設する状態を、磁性キャリア135が現像スリーブ132の外表面上に穂立ちするという。すると、この穂立ちした磁性キャリア135に前述したトナーが吸着する。則ち、現像スリーブ132は、マグネットローラ133の磁力により外表面に現像剤126を吸着する。
【0076】
現像スリーブ132は、図4に示すように、円筒状に形成されている。現像スリーブ132は、マグネットローラ133を内包し(収容し)て、軸芯132a回りに回転自在に設けられている。現像スリーブ132は、その内周面が固定磁極に順に相対するように回転される。現像スリーブ132は、アルミニウム合金、真鍮、ステンレス鋼(SUS)、導電性の樹脂などの非磁性材料で構成されている。現像スリーブ132は、表面処理装置1(図9(a)に示す)によって外表面に表面加工が施されている。なお、本発明の第1の実施形態にかかる現像スリーブ132は、後述する本発明品1に相当する。
【0077】
アルミニウム合金は、加工性、軽さの面で優れている。アルミニウム合金を用いる場合には、A6063、A5056及びA3003を用いるのが好ましい。SUSを用いる場合には、SUS303、SUS304及びSUS316を用いるのが好ましい。なお、図示例では、現像スリーブ132は、アルミニウム合金で構成されている。
【0078】
現像スリーブ132の外径は、14mm〜30mm程度であるのが望ましい。現像スリーブ132の軸方向の長さは、300mm〜350mm程度であるのが望ましい。
【0079】
また、現像スリーブ132の外表面には、図4、図5、図6(a)及び図7に示すように、平面視が楕円形の凹み139が多数設けられている。凹み139は、勿論、現像スリーブ132の外表面に凹に形成され、当該現像スリーブ132の外表面に互いに重ならないように規則的に多数(複数)配置されている。なお、本発明では、現像スリーブ132の周方向及び長手方向に互いに隣り合う凹み139間の間隔が一定となるように配置されていることを、凹み139が規則的に配置されているという。即ち、現像スリーブ132の周方向及び長手方向に互いに隣り合う凹み139間の間隔は、一定となっている。
【0080】
凹み139が、規則的に配置されている例として、例えば、図5に示すように、凹み139が一列の螺旋上で周方向に同ピッチ(同間隔)で配置されている場合がある。また、上記において凹み139の配置が二列またはそれ以上の螺旋上の場合も同様である。
【0081】
また、凹み139は、その長手方向が現像スリーブ132の長手方向に沿った状態で配置されている。即ち、凹み139は、その長手方向が現像スリーブ132の長手方向と平行又は略平行に配置されている。なお、図示例では、凹み139の長手方向は、現像スリーブ132の長手方向に対して若干傾いて、略平行に配置されている。このように、本発明では、凹み139の長手方向が現像スリーブ132の長手方向と平行又は略平行に配置されていることを、凹み139の長手方向が現像スリーブ132の長手方向と平行に配置されているという。
【0082】
さらに、凹み139は、図5、図6(a)及び図7に示すように、現像スリーブ132の長手方向に沿って複数並べられて配置されているとともに、現像スリーブ132の周方向に互いに隣り合うもの同士は、当該凹み139の長さの約半分程度位置ずれして配置されている。さらに、凹み139は、図9(a)に示す表面処理装置1により現像スリーブ132の外表面に形成されるため、当該現像スリーブ132の外表面上に図5中の一点鎖線で示す螺旋上に並べられて配置されている。
【0083】
また、凹み139は、図6(b)(c)及び図11及び図12に示すように、現像スリーブ132の周方向に沿う現像スリーブ132の軸芯132aに対して交差(図示例では直交)する断面において、現像スリーブ132の外表面に連なりかつ、現像スリーブ132の回転方向S1の上流側に位置する上流側内面140と、当該上流側内面140に連なる下流側内面141と、を設けている。そして、前記上流側内面140と、前記下流側内面141との間には、前記凹み139の底部139aが位置している。底部139aは、凹み139の底である。そして、現像スリーブ132の外表面と、当該現像スリーブ132の外表面に連なる上流側内面140との境界部143は、丸みを帯びた曲面に形成されているとともに、上流側内面140に連なる下流側内面141と、下流側内面141に連なる現像スリーブ132の外表面との境界部144は、丸みを帯びた曲面に形成されている。このように、凹み139は、現像スリーブ132の周方向に沿う現像スリーブ132の軸芯132aに対して交差(図示例では直交)する断面は、境界部143、144が丸みを帯びた曲面に形成されているとともに、上流側内面140及び上流側内面140に連なる下流側内面141が、円弧状に形成されている。即ち現像スリーブ132の周方向の断面形状は、円弧状に形成されている。なお、図12では、磁性キャリア135に吸着するトナーは省略する。
【0084】
また、凹み139の現像スリーブ132の長手方向の断面形状も、円弧状に形成されている。即ち現像スリーブ132は、その周方向と長手方向の双方の断面形状が、円弧状に形成されている。さらに、凹み139は、図9(a)に示す表面処理装置1により現像スリーブ132の外表面に形成されるため、図7に示すように、その長手方向が若干弓状に湾曲している。なお、本発明では、凹み139の長手方向が幅方向の長さよりも長く、凹み139の外縁が曲線で形成されていれば、その長手方向が直線であっても若干湾曲していても、総称して楕円形状とする。
【0085】
また、凹み139の長手方向の長さ(長径)は、0.3mm以上でかつ2.3mm以下となっており、幅方向の幅(短径)は、0.10mm以上でかつ0.7mm以下となっているとともに、その深さは、0.03mm以上でかつ0.15mm以下となっている。さらに、凹み139は、現像スリーブ132の外表面100mm2当たり50〜250個程度設けられている。即ち、複数(多数)の凹み139の総容量が、現像スリーブ132の外表面100mm2当たり0.5mm3以上でかつ7.0mm3以下となっている。さらに、凹み139は、現像スリーブ132とともに回転する感光体ドラム108の周方向に1mm当たり1.0個以上でかつ3.0個以下設けられている。なお、図5、図6(a)及び図7では、図中の左右方向が現像スリーブ132の長手方向となっている。
【0086】
現像スリーブ132の回転方向S1の上流側における境界部143及び、現像スリーブ132の回転方向S1の下流側における境界部144の曲率半径R1、R2は、0.10mmに形成されており、磁性キャリア135の体積平均粒径よりも大きく形成されている。こうして、現像スリーブ132の周方向の断面における外表面と凹み139との境界部143、144の曲率半径R1、R2は、磁性キャリア135の体積平均粒径よりも大きく形成されている。
【0087】
さらに、現像スリーブ132の周方向に沿う現像スリーブ132の軸芯132aに対して交差(図示例では直交)する断面において、現像スリーブ132の回転方向S1の上流側に位置する上流側内面140と、現像スリーブ132の軸芯132aと前記凹み139の底部139aとを結ぶ仮想面145と、がなす第1角度θ1及び、現像スリーブ132の回転方向S1の下流側に位置する下流側内面141と、前記仮想面145と、がなす第2角度θ2は、それぞれ45度に形成されている。即ち、現像スリーブ132の周方向に沿う現像スリーブ132の軸芯132aに対して交差(図示例では直交)する断面において、現像スリーブ132の外表面と、現像スリーブ132の回転方向S1の上流側における上流側内面140と、がなす第3角度θ3と、上流側内面140に連なりかつ、現像スリーブ132の回転方向S1の下流側における下流側内面141と、下流側内面141に連なる現像スリーブ132の外表面と、がなす第4角度θ4は、それぞれ45度に形成されている。なお、前述した仮想面145は、現像スリーブ132の外表面に対して直交している。
【0088】
また、現像スリーブ132の周方向に沿う現像スリーブ132の軸芯132aに対して交差(図示例では直交)する断面において、現像スリーブ132の外表面と、前記上流側内面140と、がなす第3角度θ3、及び、前記下流側内面141と、現像スリーブ132の外表面と、がなす第4角度θ4(図8に示す)は、前述した現像磁極の影響で発生する現像濃度差を避けるために60度以下であることが好ましい。
【0089】
一般に凹み139が深いほど現像剤126の搬送性能は向上するが溝を外表面に設けた従来の現像スリーブと同様に周期的なピッチムラが発生しやすくなる。一方、凹み139が浅いほどピッチムラは発生しにくくなるが現像剤126の搬送性能が低下する。特に近年では、小粒径のトナーや磁性キャリア135の画像形成技術の進歩及び近接現像の画像形成技術の進歩等により画像再現性が向上しているため、ピッチムラが発生しやすくなっている。そこで、前述した現像スリーブ132では、凹み139の深さを浅めに設定し、当該凹み139の分布密度を増やすことで現像剤搬送性能とピッチムラ防止の両立を図っている。
【0090】
ドクタブレード116は、現像スリーブ132の外表面と間隔をあけた状態で、前述したケース125に取り付けられている。ドクタブレード116は、所望の厚さを越える現像スリーブ132の外表面上の現像剤126を収容槽117内にそぎ落として、現像領域131に搬送される現像スリーブ132の外表面上の現像剤126を所望の厚さにする。
【0091】
前述した構成の現像装置113は、現像剤供給部114でトナーと磁性キャリア135とを十分に攪拌し、この攪拌した現像剤126を固定磁極により現像スリーブ132の外表面に吸着する。そして、現像装置113は、現像スリーブ132が回転して、複数の固定磁極により吸着した現像剤126を現像領域131に向かって搬送する。現像装置113は、ドクタブレード116で所望の厚さになった現像剤126を感光体ドラム108に吸着させる。こうして、現像装置113は、現像剤126を現像ローラ115に担持し、現像領域131に搬送して、感光体ドラム108上の静電潜像を現像して、トナー像を形成する。
【0092】
そして、現像装置113は、現像済みの現像剤126を、収容槽117に向かって離脱させる。さらに、そして、収容槽117内に収容された現像済みの現像剤126は、再度、第2空間121内で他の現像剤126と十分に攪拌されて、感光体ドラム108の静電潜像の現像に用いられる。なお、現像装置113は、現像剤供給部114が例えば感光体ドラム108に供給されるトナーの濃度が低下したことを後述するトナー濃度センサが検知すると、不図示のトナー補給制御装置が作動されて、収容槽117からトナーが補給される。
【0093】
前述した構成の画像形成装置101は、以下に示すように、記録紙107に画像を形成する。まず、画像形成装置101は、感光体ドラム108を回転して、この感光体ドラム108の外表面を一様に帯電ローラ109により−700Vに帯電する。感光体ドラム108の外表面にレーザ光を照射して、感光体ドラム108を露光して、画像部分を−150Vに減衰させて、該感光体ドラム108の外表面に静電潜像を形成する。そして、静電潜像が現像領域131に位置付けられると、この静電潜像に−550Vの現像バイアス電圧を印加して、現像装置113の現像スリーブ132の外表面に吸着した現像剤126が感光体ドラム108の外表面に吸着して、静電潜像を現像し、トナー像を感光体ドラム108の外表面に形成する。
【0094】
そして、画像形成装置101は、給紙ユニット103の給紙ローラ124などにより搬送されてきた記録紙107が、プロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kの感光体ドラム108と転写ユニット104の搬送ベルト129との間に位置して、感光体ドラム108の外表面上に形成されたトナー像を記録紙107に転写する。画像形成装置101は、定着ユニット105で、記録紙107にトナー像を定着する。こうして、画像形成装置101は、記録紙107にカラー画像を形成する。
【0095】
一方、転写されずに感光体ドラム108上に残ったトナーはクリーニングブレード112によって回収される。残留トナーを除去された感光体ドラム108は図示しない除電ランプで初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。
【0096】
また、前述した画像形成装置101では、環境変動や経時変動による画質の変動を抑えるために、プロセスコントロールを行なっている。具体的には、まず現像装置113における現像能力を検出する。例えば、あるトナーパターンの画像を、現像バイアス電圧を一定にした条件下で感光体ドラム108上に形成し、その画像濃度を図示しない光センサで検出し、濃度変化から現像能力を把握する。そして、この現像能力が所定の目標現像能力になるように、トナー濃度の目標値を変更することで、画質を一定に保つことができる。例えば、光センサで検出したトナーパターンの画像濃度が、目標現像濃度よりも薄い場合には、トナー濃度を高くするように、図示しない制御手段としてのCPUがトナー補給制御装置を作動して、収容槽227からトナー補給が行われる。ここで、上記トナー濃度は図示しないトナー濃度センサで検知される。なお、感光体ドラム108上に形成されるトナーパターンの画像濃度は、現像スリーブ132による画像濃度周期ムラの影響で多少変動することがある。
【0097】
前述した現像スリーブ132は、図9(a)に示す表面処理装置1によって外表面に凹み139が形成される。
【0098】
表面処理装置1は、図9(a)に示すように、ベース3と、保持部4と、回転駆動部としてのモータ2と、移動手段としての工具移動部5と、工具6と、制御手段としての図示しない制御装置とを備えている。
【0099】
ベース3は、平板状に形成されて、工場のフロアやテーブル上等に設置される。ベース3の上面は、水平方向と平行に保たれる。ベース3の平面形状は、矩形状に形成されている。
【0100】
保持部4は、固定保持部7と、スライド保持部8とを備えている。固定保持部7は、ベース3の長手方向の一端部から立設した固定柱9と、この固定柱9の上端部に設けられた回転チャック10とを備えている。回転チャック10は、厚手の円板状に形成され、固定柱9の上端部にその中心を中心として回転自在に支持されている。回転チャック10の回転中心は、ベース3の表面と平行に配置されており、回転チャック10の中心部には円柱状のチャックピン11が立設している。勿論、チャックピン11は、回転チャック10と同軸に配置されている。
【0101】
スライド保持部8は、スライダ12と、スライド柱13と、この固定柱9の上端部に設けられた回転チャック14とを備えている。スライダ12は、ベース3の表面即ち回転チャック10のチャックピン11の軸芯に沿ってスライド自在に設けられている。また、スライダ12は、回転チャック10のチャックピン11の軸芯方向の位置が適宜固定される構成となっている。
【0102】
スライド柱13は、スライダ12から立設している。回転チャック14は、厚手の円板状に形成され、スライド柱13の上端部に取り付けられたモータ2の出力軸に取り付けられている。回転チャック14の回転中心は、固定保持部7の回転チャック10のチャックピン11と同軸に配置されている。回転チャック14の中心部には円柱状のチャックピン15が立設している。勿論、チャックピン15は、回転チャック14と同軸に配置されている。
【0103】
前述した保持部4は、スライド保持部8が固定保持部7から離れた状態で、チャックピン11,15間に凹み139が形成される前の現像スリーブ132が位置付けられて、そして、保持部4は、スライド保持部8が固定保持部7に近づけられて、チャックピン11,15の先端部が現像スリーブ132の端部内に侵入して、当該チャックピン11,15間に現像スリーブ132を挟んだ状態で、スライダ12が固定される。こうして、保持部4は、チャックピン11,15間に現像スリーブ132を挟んで、当該現像スリーブ132を保持する。
【0104】
モータ2は、スライド保持部8のスライド柱13の上端部に取り付けられている。モータ2は、回転チャック14をその中心回りに回転駆動する。モータ2は、回転チャック14を回転駆動することで、チャックピン11,15間に挟まれた現像スリーブ132をその軸芯回りに回転させる。
【0105】
工具移動部5は、リニアガイド16と、図示しない移動用アクチュエータと、を備えている。リニアガイド16は、レール17と、スライダ18とを備えている。レール17は、ベース3上に設置されている。レール17は、直線状に形成されているとともに、その長手方向がベース3の長手方向、チャックピン11,15即ちチャックピン11,15間に挟まれた現像スリーブ132の軸芯132aと平行に配されている。スライダ18は、レール17に該レール17の長手方向に沿って移動自在に支持されている。
【0106】
移動用アクチュエータは、ベース3に取り付けられているとともに、前述したスライダ18をベース3の長手方向、チャックピン11,15即ちチャックピン11,15間に挟まれた現像スリーブ132の軸芯132aに沿って、スライド移動させる。
【0107】
工具6は、工具本体19と、工具回転部としての工具回転用モータ20と、現像スリーブ132の外表面に切削加工を施して、凹み139を多数形成する回転工具としてのエンドミル21と、現像スリーブ132の凹み139の境界部143、144を研磨する研磨材としてのファイバーサンダー26と、を備えている。工具本体19は、スライダ18から立設した柱状に形成されている。
【0108】
工具回転用モータ20は、工具本体19の上端部に取り付けられている。工具回転用モータ20は、図9(b)に示すように、その出力軸22が工具本体19の上端部からチャックピン11,15間に挟まれた現像スリーブ132に向かって突出した状態に配置されている。工具回転用モータ20の出力軸22は、その軸芯がベース3の表面と平行でかつチャックピン11,15間に挟まれた現像スリーブ132の軸芯132aと交差(図示例では直交)する状態で配置されている。
【0109】
なお、表面処理装置1は、現像スリーブ132の外表面に切削加工を施して凹み139を形成する。この際、前述した工具回転用モータ20の出力軸22の先端部にエンドミル21が取り付けられている。そして、エンドミル21によって現像スリーブ132に凹み139が形成された後、前述した工具回転用20からエンドミル21が取り外されて、前述した工具回転用モータ20の出力軸22の先端部に現像スリーブ132の外表面と凹み139との境界部143、144を研磨するファイバーサンダー26が取り付けられる。
【0110】
エンドミル21は、全体として円柱状に形成され、工具回転用モータ20の出力軸22の先端部に取り付けられている。このため、エンドミル21は、その軸芯がベース3の表面と平行でかつチャックピン11,15間に挟まれた現像スリーブ132の軸芯132aに対して交差(図示例では直交)する状態で配置されている。また、エンドミル21は、工具本体19の上端部からチャックピン11,15間に挟まれた現像スリーブ132に向かって突出した状態に配置されている。
【0111】
エンドミル21は、図9(c)に示すように、円柱状の本体部23と、二つの切削刃24とを備えている。本体部23は、工具本体19に取り付けられる。切削刃24は、本体部23の現像スリーブ132寄りの先端部の周方向に間隔をあけて設けられている。切削刃24は、図9(c)に示すように本体部23の先端部の外縁25よりも当該本体部23即ち、エンドミル21の周方向に突出して設けられ、螺旋上に延在している。上述した第1の実施形態に示された、その周方向の断面形状が円弧状に形成された現像スリーブ132を形成する際には、エンドミル21の切削刃24の先端部の外縁25の断面形状が、円弧状に形成されている。
【0112】
ファイバーサンダー26は、PA(PolyAmide)等のナイロン系合成樹脂によって構成された合成繊維によって形成されている。ファイバーサンダー26は、図10に示すように、全体として円柱状に形成され、工具回転用モータ20の出力軸22の先端部に取り付けられている。このため、ファイバーサンダー26は、その軸芯がベース3の表面と平行でかつチャックピン11,15間に挟まれた現像スリーブ132の軸芯132aに対して交差(図示例では直交)する状態で配置されている。また、ファイバーサンダー26は、工具本体19の上端部からチャックピン11,15間に挟まれた現像スリーブ132に向かって突出した状態に配置されている。
【0113】
前述した工具6は、工具回転用モータ20がエンドミル21をその軸芯回りに回転することで、現像スリーブ132の外表面に凹み139を形成する。そして、工具6は、工具回転用モータ20の出力軸22の先端部に取り付けられたエンドミル21が、ファイバーサンダー26に付け替えられた後、工具回転用モータ20が、ファイバーサンダー26をその軸芯回りに回転することで、現像スリーブ132の外表面と凹み139との境界部143、144を研磨する。こうして、現像スリーブ132の外表面と、現像スリーブ132の外表面に形成された凹み139との境界部143、144に丸みが形成される。
【0114】
制御装置は、周知のRAM、ROM、CPUなどを備えたコンピュータである。制御装置は、回転駆動部としてのモータ2と、工具移動部5の移動用アクチュエータと、工具6の工具回転用モータ20などと接続しており、これらを制御して、表面処理装置1全体の制御を司る。
【0115】
制御装置は、現像スリーブ132の外表面に凹み139を多数形成する際には、回転駆動部としてのモータ2で現像スリーブ132をその軸芯132a回りに回転させて、工具回転用モータ20でエンドミル21をその軸芯回りに回転させながら、移動用アクチュエータにより工具6を現像スリーブ132の軸芯132a(長手方向)に沿って移動させる。そして、制御装置は、切削刃24がエンドミル21の回転に伴い断続的に現像スリーブ132の外表面に切削加工を施して、凹み139を多数形成する。
【0116】
このとき、切削刃24の外縁25の曲率半径により現像スリーブ132の長手方向の凹み139の円弧の曲率半径を定め、切削刃24の切り込み量により凹み139の深さを定め、工具6の移動速度により凹み139の現像スリーブ132の長手方向の間隔を定める。また、現像スリーブ132の外表面に周方向に設ける凹み139の数をnとし、回転駆動部としてのモータ2の回転数即ち現像スリーブ132の回転数をN1とし、エンドミル21の切削刃24の数をmとし、エンドミル21の回転数をN2とすると、制御装置は、以下の式1を満たすように、回転駆動部としてのモータ2と、工具移動部5の移動用アクチュエータと、工具6の工具回転用モータ20を制御する。
【0117】
N2=N1×〔m/[(n/2)−0.5]〕・・・式1
【0118】
制御装置は、これらの各要件を適宜変更することで、凹み139の大きさや密度を任意に変更して、現像スリーブ132の外表面を加工することができる。
【0119】
また、制御装置は、現像スリーブ132の外表面と凹み139との境界部143、144を研磨する際には、回転駆動部としてのモータ2で現像スリーブ132をその軸芯回りに回転させて、工具回転用モータ20でファイバーサンダー26をその軸芯回りに回転させながら、移動用アクチュエータにより工具6を現像スリーブ132の軸芯132a(長手方向)に沿って移動させる。そして、制御装置は、ファイバーサンダー26の回転に伴い断続的に像スリーブ132の外表面と凹み139との境界部143、144を研磨する。こうして、現像スリーブ132の外表面と、現像スリーブ132の外表面に形成された凹み139との境界部143、144に丸みが形成される。
【0120】
さらに、制御装置には、キーボードなどの各種の入力装置や、ディスプレイなどの各種の表示装置が接続している。
【0121】
次に、前述した構成の表面処理装置1を用いて現像スリーブ132の外表面に切削加工及び研磨を施して、現像スリーブ132を製造する工程を、以下説明する。
【0122】
まず、制御装置に入力装置から現像スリーブ132の品番などを入力する。そして、制御装置が、工具6の回転工具としてのエンドミル21を加工開始位置即ち現像スリーブ132の一方の端部に位置付けた後、凹み139が形成される前の現像スリーブ132を保持部4に保持する。このとき、現像スリーブ132とチャックピン11,15などが同軸になる。
【0123】
そして、入力装置から作業開始命令を入力すると、前述した式1に基づいて、制御装置が、回転駆動部としてのモータ2と、工具移動部5の移動用アクチュエータと、工具6の工具回転用モータ20を駆動する。すると、軸芯回りに回転するエンドミル21の切削刃24が、断続的に現像スリーブ132の外表面に切削加工を施すことで、凹み139が形成される。即ち、凹み139は、軸芯回りに回転される回転工具6によって、現像スリーブ132の外表面に切削加工が施されて形成される。
【0124】
また、回転駆動部としてのモータ2と、工具移動部5の移動用アクチュエータと、工具6の工具回転用モータ20が同時に駆動するので、凹み139が軸芯回りに回転される回転工具6によって現像スリーブ132の外表面に切削加工が施されて形成される際に、エンドミル21に対して交差(図示例では直交)する状態に配置された現像スリーブ132がその軸芯132a回りに回転されながら、エンドミル21と現像スリーブ132とが当該現像スリーブ132の長手方向に相対的に移動されて、凹み139が、形成される。
【0125】
エンドミル21が、現像スリーブ132の加工終了位置即ち現像スリーブ132の他方の端部に位置付けられて、前述した現像スリーブ132の外表面の切削加工が終了する。そして、エンドミル21を、工具回転用モータ20から取り外し、ファイバーサンダー26を工具回転用モータ20の出力軸22の先端部に取り付ける。この後、制御装置が、工具6のファイバーサンダー26を加工開始位置即ち現像スリーブ132の一方の端部に位置付けた後、凹み139が形成された後の現像スリーブ132を保持部4に保持する。このとき、現像スリーブ132とチャックピン11,15などが同軸になる。
【0126】
そして、入力装置から作業開始命令を入力すると、制御装置が、回転駆動部としてのモータ2と、工具移動部5の移動用アクチュエータと、工具6の工具回転用モータ20を駆動する。すると、軸芯回りに回転するファイバーサンダー26が、断続的に現像スリーブ132の凹み139の境界部143、144を研磨を施すことで、現像スリーブ132の外表面と凹み139との境界部143、144に丸みが形成される。即ち、凹み139の境界部143、144の丸みは、軸芯回りに回転される回転工具6によって、現像スリーブ132の外表面と凹み139との境界部143、144が研磨される。
【0127】
また、回転駆動部としてのモータ2と、工具移動部5の移動用アクチュエータと、工具6の工具回転用モータ20が同時に駆動するので、凹み139が軸芯回りに回転されるファイバーサンダー26によって現像スリーブ132の凹み139の境界部143、144を研磨されて、ファイバーサンダー26に対して交差(図示例では直交)する状態に配置された現像スリーブ132が、その軸芯132a回りに回転されながら、ファイバーサンダー26と現像スリーブ132とが当該現像スリーブ132の長手方向に相対的に移動されて、現像スリーブ132の外表面と凹み139との境界部143、144に丸みが形成される。
【0128】
前述したように、丸みを帯びた曲面に形成された境界部143、144の曲率半径R1、R2は、0.10mmに形成されている。このように前記境界部143の曲率半径R1及び前記境界部144の曲率半径R2を同じ寸法に形成するには、現像スリーブ132を回転方向S1と同一方向と反対方向との双方向に回転させることによって、前記境界部143の曲率半径R1及び前記境界部144の曲率半径R2とを同じ寸法に形成することができる。
【0129】
ファイバーサンダー26が、現像スリーブ132の加工終了位置即ち現像スリーブ132の他方の端部に位置付けられて、前述した現像スリーブ132の外表面の研磨が終了すると、回転駆動部としてのモータ2と、工具移動部5の移動用アクチュエータと、工具6の工具回転用モータ20を停止する。そして、スライド保持部8を固定保持部7から離して、保持部7,8のチャックピン11,15間から外表面に凹み139が多数形成されているとともに、外表面と凹み139との境界部143、144に丸みが形成された現像スリーブ132を取り出して、新たな現像スリーブ132を保持部4に保持させる。こうして、前述した現像スリーブ132(図4に示す)が得られる。
【0130】
上述した第1の実施形態によれば、現像スリーブ132の周方向の断面における外表面と凹み139との境界部143、144は、丸みを帯びた曲面に形成されている。このように、あらかじめ、境界部143、144に丸みが形成されていることで、経年使用による境界部143、144の磨耗が抑制されることにより、現像剤の搬送量の低下を抑制できる。こうして、画像濃度の低下を抑制できる。
【0131】
また、現像スリーブ132の周方向の断面における外表面と凹み139との境界部143、144の曲率半径R1、R2が、磁性キャリア135の体積平均粒径よりも大きく形成されている。このように、境界部143、144の曲率半径R1、R2を、磁性キャリア135の体積平均粒径よりも大きく形成することで、磁性キャリア135と境界部143、144との接触面積が大きくなり、経年使用による境界部143、144の磨耗が抑制されることにより、現像剤の搬送量の低下を抑制できる。こうして、画像濃度の低下を抑制できる。
【0132】
また、凹み139は、現像スリーブ132の長手方向の断面形状が、円弧状に形成されている。さらに、凹み139の現像スリーブ132の周方向の断面形状も、円弧状に形成されている。即ち現像スリーブ132は、その周方向と長手方向の双方の断面形状が、円弧状に形成されている。このように、現像スリーブ132の周方向の断面形状が円弧状に形成されていることによって、凹み139内に収容できる現像剤126の量を多くすることができる。このため、現像剤132は、十分な量の現像剤126を搬送することができる。
【0133】
その周方向と長手方向の双方の断面形状が円弧状に形成された現像スリーブ132において、現像電界強度の観点では、凹み139の深さが深いほど、現像スリーブ132と、感光体ドラム108とが対向する現像領域における現像電解強度は弱くなる。こうして、現像電解強度の差などによるピッチムラが発生しやすくなることが考えられる。例えば、図24(b)に示すように、従来の断面方形型の溝202を外表面に形成された現像スリーブ200においては、溝202の長手方向の深さは一定である。そして、現像スリーブ200が回転することにより、現像電解強度の強いところ(即ち、図24(b)に示す溝上部)と、弱いところ(即ち、図24(b)に示す溝底部)が、その周方向において交互に発生することになる。即ち現像電界強度の差などによるピッチムラが発生しやすくなる。しかしながら、現像スリーブ132は、その周方向と長手方向の双方の断面形状が、円弧状に形成されており、凹み139の現像スリーブ139の外表面に対する深さは、周方向と長手方向の双方になだらかに変化するため、図24(a)に示すように、現像電界強度も現像スリーブ132の周方向と長手方向の双方になだらかに変化する。こうして、ピッチムラが発生することがなく、特にカラー画像形成装置101では画像面積率が高い画像を出力することが多く、より安定した画像濃度を得ることができるとともに高品質のカラー画像を得ることができる。
【0134】
また、外表面に従来のサンドブラスト加工により形成されるような凸部が無く、凹み139はより大きな凹み139に形成されているので、経年変化によっても、凹み139が摩耗しにくくなることにより、経年変化による現像剤126の搬送量の低下を抑制できる。
【0135】
また、凹み139を規則的に配置するので、最適な現像剤126のくみ上げ量を確保しながら長寿命化を図ることができる加工条件を設定することが容易で、かつ、設定された条件で確実に凹み139を形成できるとともに、加工性に優れるという効果を奏でる。
【0136】
さらに、現像スリーブ132の外表面に長手方向に長い複数個の凹み139が規則的に配置され、この凹み139の総容積を該現像スリーブ132の外表面の面積100mm2当たり0.5mm3以上にしているので、現像剤126の十分な搬送力が得られる。
【0137】
また、凹み139を同形状同寸法で規則的に配置することで搬送性のムラによる画像ムラを防止し、且つ、感光体ドラム108の外表面の周方向1mm当たりに現像スリーブ132の凹み139が1.0以上存在するので、現像領域131内に常に複数の凹み139を存在させることができるため、現像剤126のスリップによる画像ムラを防止することができる。
【0138】
凹み139の長手方向が現像スリーブ132の長手方向と平行に配置されているので、汲み上げられる現像剤126を当該現像スリーブ132の長手方向に沿って並設させることとなり、そのために、現像スリーブ132が回転しても、汲み上げた現像剤126が該現像スリーブ132の外表面から脱落しにくくなり、よって、平面視が楕円形状の凹み139が従来から用いられてきた溝と同様の作用効果を奏でて、現像剤126の汲み上げ量を確保することができる。
【0139】
現像スリーブ132の周方向に互いに隣り合う凹み139同士が現像スリーブ132の長手方向に位置ずれしているので、現像スリーブ132の外表面に凹み139が形成されていない箇所や凹み139が多く形成されている箇所などが生じることを防止できる。したがって、現像スリーブ132の外表面に吸着する現像剤126にムラが生じること即ち現像スリーブ132の外表面に一様に現像剤126を吸着することができる。したがって、画像のムラが生じることを防止できる。
【0140】
凹み139が現像スリーブ132の外表面に螺旋上に配置されているので、現像スリーブ132の外表面に吸着する現像剤126にムラが生じること即ち現像スリーブ132の外表面に一様に現像剤126を吸着することができる。したがって、画像のムラが生じることを防止できる。
【0141】
エンドミル21によって現像スリーブ132の外表面に凹み139を形成するので、凹み139を確実に規則的に現像スリーブ132の外表面に形成することができる。したがって、画像のムラが生じることを防止できる。
【0142】
現像スリーブ132をその軸芯132a回りに回転させかつエンドミル21を移動させながら凹み139を形成するので、凹み139を確実に規則的に現像スリーブ132の外表面に形成することができる。したがって、画像のムラが生じることを防止できる。
【0143】
現像装置113、プロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106K及び画像形成装置101は、前述した現像ローラ115を備えているので、経年変化による現像剤126の搬送量の低下を抑制できるとともに、画像のムラが生じることを防止できる。
【0144】
続いて、本発明の第2の実施形態を、図13乃至図14に基づいて説明する。なお、第2の実施形態に示された現像スリーブ132’において、前述した第1の実施形態に示された現像スリーブ132と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【0145】
現像スリーブ132’の回転方向S1の上流側における境界部143及び、現像スリーブ132’の回転方向S1の下流側における境界部144の曲率半径R1、R2は、0.10mmに形成されており、磁性キャリア135の体積平均粒径よりも大きく形成されている。こうして、現像スリーブ132’の周方向の断面における外表面と凹み139との境界部143、144の曲率半径R1、R2は、磁性キャリア135の体積平均粒径よりも大きく形成されている。
【0146】
さらに、現像スリーブ132’の周方向に沿う現像スリーブ132’の軸芯132aに対して交差(図示例では直交)する断面において、現像スリーブ132’の回転方向S1の上流側に位置する上流側内面140と、現像スリーブ132’の軸芯132aと前記凹み139’の底部139aとを結ぶ仮想面145と、がなす第1角度θ1が、60度に形成されているとともに、現像スリーブ132’の回転方向S1の下流側に位置する下流側内面141と、前記仮想面145と、がなす第2角度θ2は、30度に形成されている。このように、現像スリーブ132’の前記第1角度θ1は、前記第2角度θ2よりも大きく形成されている。即ち、現像スリーブ132’の回転方向S1の上流側の上流側内面140と、当該上流側内面140に連なる現像スリーブ132’の外表面とがなす第3角度θ3は、30度に形成されているとともに、現像スリーブ132’の回転方向S1の下流側の下流側内面141と、当該下流側内面141に連なる現像スリーブ132’の外表面とがなす第4角度θ4は、60度に形成されている。このように、現像スリーブ132’の前記第3角度θ3は、前記第4角度θ4よりも小さく形成されている。なお、前述した第2の実施形態に示された現像スリーブ132’は、後述する本発明品3に相当する。
【0147】
このような現像スリーブ132’を形成する際には、図14に示すように、現像スリーブ132’が、現像スリーブ132’に対するエンドミル21の位置を現像スリーブ132’の回転方向S1の上流側から下流側にずらされた後、現像スリーブ132が、エンドミル21に対して交差(図示例では直交)する位置に配置されることにより、現像スリーブ132’の周方向に沿う現像スリーブ132’の軸芯132aに対して交差(図示例では直交)する断面における、現像スリーブ132’の回転方向S1の上流側に位置する上流側内面140と、現像スリーブ132’の軸芯132aと前記凹み139’の底部139aとを結ぶ仮想面145と、がなす第1角度θ1を、現像スリーブ132の回転方向S1の下流側に位置する下流側内面141と、前記仮想面145と、がなす第2角度θ2よりも大きく形成することができる。
【0148】
第2の実施形態によれば、現像スリーブ132’の回転方向S1の上流側に位置する上流側内面140と、現像スリーブ132’の軸芯132aと前記凹み139’の底部139aとを結ぶ仮想面145と、がなす第1角度θ1は、現像スリーブ132の回転方向S1の下流側に位置する下流側内面141と、前記仮想面145と、がなす第2角度θ2よりも大きく形成されている。このように、現像スリーブ132’の回転方向S1の上流側に位置する上流側内面140と、現像スリーブ132’の軸芯132aと前記凹み139’の底部139aとを結ぶ仮想面145と、がなす第1角度θ1を、現像スリーブ132’の回転方向S1の下流側に位置する下流側内面141と、前記仮想面145と、がなす第2角度θ2よりも大きく(即ち上流側内面140をよりなだらかな傾斜に)形成することにより、経年使用による磨耗量が多い上流側内面140の磨耗を抑制することができる。こうして、経年使用による画像濃度の低下を抑制することができる。
【0149】
なお、前述した第2の実施形態では、現像スリーブ132’の回転方向S1の上流側における境界部143及び、現像スリーブ132の回転方向S1の下流側における境界部144の曲率半径R1、R2は、0.10mmに形成されているが、本発明では、現像スリーブ132の回転方向S1の上流側における境界部143の曲率半径R1は、0.1mmに形成されているとともに、現像スリーブ132の回転方向S1の下流側における境界部144の曲率半径R2は、0.05mmに形成されていても良い。このように、現像スリーブ132の回転方向S1の上流側における境界部143の曲率半径R1は、現像スリーブ132の回転方向S1の下流側における境界部144の曲率半径R2よりも大きく形成されていても良い。なお、前記境界部143の曲率半径R1が0.10mmに形成されているとともに、前記境界部144の曲率半径R2が0.05mmに形成された現像スリーブ132は、後述する本発明品4に相当する。
【0150】
前述した前記境界部143の曲率半径R1が0.10mmに形成されているとともに、前記境界部144の曲率半径R2が0.05mmに形成された現像スリーブ132を形成するには、表面処理装置1が、現像スリーブ132の外表面と凹み139との境界部143、144が研磨する際に、現像スリーブ132を回転方向S1と同一方向のみに回転させることによって、前記境界部143の曲率半径R1を、前記境界部144の曲率半径R2よりも大きく形成することができる。
【0151】
前述した前記境界部143の曲率半径R1が0.10mmに形成されているとともに、前記境界部144の曲率半径R2が0.05mmに形成された現像スリーブ132によれば、現像スリーブ132の回転方向S1の上流側における境界部143の曲率半径R1は、現像スリーブ132の回転方向S1の下流側における境界部144の曲率半径R2よりも大きく形成されている。経年使用による境界部143、144の磨耗量は、現像スリーブ132の回転方向S1の下流側よりも上流側が多いことから、予め現像スリーブ143の回転方向S1の上流側における境界部143の曲率半径R1を、現像スリーブ132の回転方向S1の下流側における境界部144の曲率半径R2よりも大きく形成することで、経年使用による境界部143の磨耗が抑制されることにより、現像剤の搬送量の低下を抑制できる。こうして、画像濃度の低下を抑制できる。
【0152】
また、前述した前記境界部143の曲率半径R1が0.10mmに形成されているとともに、前記境界部144の曲率半径R2が0.05mmに形成された現像スリーブ132によれば、表面処理装置1が、現像スリーブ132の外表面と凹み139との境界部143、144が研磨される際に、現像スリーブ132を回転方向S1と同一方向のみに回転させることによって、前記境界部143の曲率半径R1が、前記境界部144の曲率半径R2よりも大きく形成することができる。こうして、境界部144の曲率半径R2よりも大きく形成された境界部143の曲率半径R1を、画像形成装置101が、画像形成する際に現像スリーブ132を回転させる回転方向S1の上流側に位置付けることによって、効率的に現像スリーブ132を使用することができる。
【0153】
また、前述した実施形態では、凹み139の現像スリーブ132の周方向の断面形状が、円弧状に形成されているが、本発明では、図15(a)乃至図15(c)に示すように、凹み139の現像スリーブ132の周方向の断面形状が、V字状に形成されていても良い。図示例では、凹み139は、その幅方向(即ち、現像スリーブ132の周方向)の断面形状が、V字状に形成され、その長手方向(即ち現像スリーブ132の長手方向)の断面形状が円弧状の曲面に形成されている。この場合、図16(a)及び図16(b)に示すように、エンドミル21の切削刃24の先端部の外縁25の断面形状が、鋭角をなすように形成されていることで、凹み139の現像スリーブ132の周方向の断面形状が、V字状に形成されている。なお、これらの図15乃至図16において、前述した第1乃至第2の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【0154】
これらの図15乃至図16に示す場合によれば、凹み139は、その幅方向(即ち、現像スリーブ132の周方向)の断面形状がV字状に形成され、その長手方向(即ち現像スリーブ132の長手方向)の断面形状が円弧状の曲面に形成されているので、凹み139内に収容できる現像剤126の量を多くすることができる。こうして、現像スリーブ132は、十分な量の現像剤126を搬送することができる。
【0155】
また、前述した実施形態では、凹み139の現像スリーブ132の周方向の断面形状が円弧状に形成されているが、本発明では、切削刃24の外縁25の形状を適宜変更することで、図17及び図18に示すように、凹み139の現像スリーブ132の周方向の断面形状を適宜変更しても良い。図17は、V字状の凹み139の底が平坦に形成された場合を示し、図18は、V字状の凹み139の底が円弧状に形成された場合を示している。なお、図17及び図18において、前述した第1乃至第2の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【0156】
また、前述した実施形態では、モータ2,20や移動用アクチュエータを同時に連続して動作させて、凹み139を現像スリーブ132の外表面に螺旋上に配置し、かつ各々の凹み139を若干弓状に湾曲して形成しているが、本発明では、図19及び図20に示すように、モータ2,20や移動用アクチュエータを適宜完結的に動作させて、凹み139を現像スリーブ132の長手方向に沿って直線状に形成しても良いとともに、複数の凹み139を現像スリーブ132の周方向に沿って直線上に配置しても良い。
【0157】
また、前述した実施形態では、凹み139の平面形状が楕円形に形成されているが、本発明では、図21に示すように平面形状が円形に形成されていても良い。
【0158】
また、前述した実施形態では、現像スリーブ132の周方向に互いに隣り合う凹み139を、当該凹み139の長さの約半分位置をずらして配置している。しかしながら、本発明では、現像スリーブ132の周方向に互いに隣り合う凹み139同士を、当該凹み139の長さの1/3、1/4などの任意の長さ位置をずらして配置しても良い。
【0159】
また、前述した実施形態では、現像スリーブ132の周方向及び長手方向に互いに隣り合う凹み139間の間隔が一定となるように配置されている。即ち凹み139が規則的に配置されている。しかしながら、本発明では、現像スリーブ132の周方向及び長手方向の互いに隣り合う凹み139間の間隔が一定となるように配置されていなくても良い。即ち凹み139が不規則に配置されていても良い。
【0160】
さらに、前述した実施形態では、エンドミル21を現像スリーブ132の長手方向に沿って移動させることで、これらエンドミル21と現像スリーブ132とを相対的に移動させているが、勿論、本発明では、エンドミル21と現像スリーブ132とのうち少なくとも一方を現像スリーブ132の長手方向に沿って移動して、これらを相対的に移動させても良い。
【0161】
前述した画像形成装置101では、プロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kはカートリッジケース111と帯電ローラ109と感光体ドラム108とクリーニングブレード112と現像装置113とを備えている。しかしながら、本発明ではプロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kは少なくとも現像装置113を備えていれば良く、カートリッジケース111と帯電ローラ109と感光体ドラム108とクリーニングブレード112を必ずしも備えていなくても良い。また、前述した実施形態では画像形成装置101は装置本体102に着脱自在なプロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kを備えている。しかしながら本発明では画像形成装置101は現像装置113を備えていれば良く、プロセスカートリッジ106Y,106M,106C,106Kを必ずしも備えていなくても良い。
【0162】
ところで、近年の画像形成装置101は、更なる高速化、高耐久化の要望があるとともに、現像スリーブ132の更なる長寿命化が求められている。そこで本発明の発明者らは、経年使用後の現像スリーブ132を観察したところ、経年使用後の現像スリーブ132の外表面と凹み139との境界部143、144は、初期の状態の現像スリーブ132の外表面と凹み139との境界部143、144よりも、丸みを帯びていることを発見した。このため、本発明の発明者らは、後述する比較例1に示された現像スリーブ132を備えた現像ローラ115を用いて、所定の給紙枚数を画像形成した後の現像スリーブ132の外表面と凹み139との境界部143の曲率半径R1を計測した。
【0163】
なお、画像の形成にあたっては、フェライトを軸剤として帯電調整剤を含有した樹脂コート層を有する平均体積粒径が35μmの磁性キャリア135と、乳化重合法によりポリエステルを主成分として帯電制御剤、色剤を混合し、その周りにシリカや酸化チタン等を外添し、平均体積粒径が5μmのトナーから構成された現像剤126が用いられた。トナー濃度は、7重量%に調整されたものが用いられた。
【0164】
(比較例1)
後述する表1中に示された比較例1は、図22に示すように、凹み139の境界部143、144の曲率半径R1、R2それぞれが0.02mmに形成されているとともに、角度θ1、θ2それぞれが45度に形成された凹み139が形成されている。なお、図22では、磁性キャリア135に吸着するトナーは省略する。
【0165】
結果を、図23に示す。図23は、現像スリーブ132の外表面と凹み139との境界部143の曲率半径R1と画像形成装置101が画像形成する給紙枚数との関係を示している。画像形成装置101が画像形成する給紙枚数が増加するに従って、現像スリーブ132の外表面と凹み139との境界部143の曲率半径R1は大きくなった。しかしながら、境界部143はどこまでも磨耗し続けるわけではなく、境界部143の曲率半径R1が磁性キャリア135の体積平均粒径よりも大きくなると、磁性キャリア135の外表面と現像スリーブ132の外表面との接触面積が大きくなり、境界部143の磨耗が鈍化することが明らかとなった。
【0166】
つぎに、本発明の発明者らは、境界部143、144の曲率半径R1、R2を種々変更するとともに、第1角度θ1及び第2角度θ2の角度を種々変更した現像スリーブ132を複数製造し、これらの現像スリーブ132の初期の状態のテスト画像と、連続使用(3,000,000枚給紙(即ち現像ローラ115を45,000、000回転)後のテスト画像を形成して、本発明の効果を確認した。結果を表1に示す。前述した比較例1には、同一符号を付して説明を省略する。
【0167】
【表1】

【0168】
(比較例2)
表1中に示された比較例2は、凹み139の曲率半径R1、R2それぞれが0.02mmに形成されているとともに、第1角度θ1が60度に形成されかつ、第2角度θ2が30度に形成された現像スリーブ132である。
【0169】
(本発明品1)
表1中に示された本発明品1は、前述した第1の実施形態に示された現像スリーブ132である。本発明品1は、凹み139の曲率半径R1、R2それぞれが0.1mmに形成されているとともに、第1角度θ1及び第2角度θ2は、それぞれが45度に形成されている。
【0170】
(本発明品2)
本発明品2は、現像スリーブ132の境界部143の曲率半径R1は、0.1mmに形成されかつ、境界部144の曲率半径R2は、0.05mmに形成されており、第1角度θ1及び第2角度θ2は、それぞれが45度に形成された現像スリーブ132である。
【0171】
(本発明品3)
表1中に示された本発明品3は、前述した第2の実施形態に示された現像スリーブ132’である。本発明品3は、凹み139の曲率半径R1、R2それぞれが0.1mmに形成されておりかつ、第1角度θ1が60度に形成されているとともに、第2角度θ2が30度に形成された現像スリーブ132’である。
【0172】
(本発明品4)
表1中に示された本発明品4は、前述した境界部143の曲率半径R1が0.10mmに形成されているとともに、前記境界部144の曲率半径R2が0.05mmに形成された現像スリーブ132である。本発明品4は、境界部143の曲率半径R1が0.10mmに形成されているとともに、前記境界部144の曲率半径R2が0.05mmに形成されており、かつ、第1角度θ1が60度に形成されているとともに、第2角度θ2が30度に形成された現像スリーブ132である。
【0173】
上述した本発明品1乃至本発明品4及び比較例1乃至比較例2は、外径が2mmのエンドミル21を用い、現像スリーブ132の回転数を240rpmとし、エンドミル21の回転数を21300rpmとし、エンドミル21の現像スリーブ132の長手方向の移動速度を0.5mm/rev(回転)で表面処理装置1を駆動して、外径が25mmのアルミニウム合金で構成された現像スリーブ132に凹み139を形成した。この際、現像スリーブ132に対するエンドミル21は、現像スリーブ132に対して交差(図示例では直交)する位置に位置付けられている。その後、ファイバーサンダー26を用いて、現像スリーブ132の回転数を400rpmとし、ファイバーサンダー26の回転数を15000rpmとし、ファイバーサンダー26の現像スリーブ132の長手方向の移動速度を1mm/rev(回転)で表面処理装置1を駆動して、現像スリーブ132の外表面と凹み139との境界部143、144を研磨した。この際、外径が20mmでありかつ、粒度320のファイバーサンダー26が用いられた。
【0174】
また、現像スリーブ132の長手方向の断面における曲率半径が1.0mmの円弧状に形成されており、現像スリーブ132の周方向の凹み139間の間隔を0.22mm、現像スリーブ132の長手方向の凹み139間の間隔を0.5mmとなるように凹み139を配置した。
【0175】
なお、画像の形成にあたっては、フェライトを軸剤として帯電調整剤を含有した樹脂コート層を有する平均体積粒径が35μmの磁性キャリア135と、乳化重合法によりポリエステルを主成分として帯電制御剤、色剤を混合し、その周りにシリカや酸化チタン等を外添し、平均体積粒径が5μmのトナーから構成された現像剤126が用いられた。トナー濃度は、7重量%に調整してヘンシェルミキサーで混合したものを用いた。プロセス条件は、感光体表面電位を−700V、露光電位を−150V現像バイアスを−550Vに固定した。
【0176】
表1に示す結果では、以下の本発明品1乃至本発明品4及び比較例1乃至比較例2の現像スリーブ132を備えた現像ローラ115を用いて画像形成装置101で形成した画像の濃度ムラ及び3,000,000枚給紙(即ち現像ローラ115を45,000、000回転)後の画像の濃度低下を評価した。
【0177】
画像の評価にあたっては、一色で一様の濃度所謂ベタ画像を出力し、ベタ画像の6箇所で分光濃度計による濃度測定を行ない、6箇所の平均値を濃度とした。表1に示すように、初期及び3,000,000枚給紙(即ち現像ローラ115を45,000,000回転)後に濃度測定を行ない、初期に対する3,000,000枚給紙後の濃度の低下が10%未満であれば◎、15%未満であれば○、15%以上であれば×とした。
【0178】
比較例1乃至比較例2の現像スリーブ132にマグネットローラ133を収容して得られた現像ローラ115を用いて画像形成装置101で画像形成したところ、3,000,000枚給紙後において、濃度低下が発生した。
【0179】
本発明品1乃至本発明品4の現像スリーブ132、132’にマグネットローラ133を収容して得られた現像ローラ115を用いて画像形成装置101で画像形成したところ、3,000,000枚給紙後において、濃度低下が発生せず、濃淡ムラのない良好な画像が得られることが確認できた。また、本発明品3及び本発明4は、本発明品1及び本発明品2よりも、濃度ムラの無いより良好な画像が得られることが確認できた。
【0180】
上述した本発明によれば、比較例1及び比較例2は、凹み139の境界部143、144の曲率半径R1、R2が、磁性キャリア135の体積平均粒径よりも小さく形成されている。これに対して本発明品1乃至本発明品4は、その凹み139の境界部143、144の曲率半径R1、R2が、磁性キャリアの体積平均粒径よりも大きく形成されている。そして、凹み139の境界部143、144の曲率半径R1、R2が磁性キャリア135の体積平均粒径よりも大きくなると、境界部143、144の磨耗が鈍化することから、予め、凹み139の境界部143、144の曲率半径R1、R2を磁性キャリア135の体積平均粒径よりも大きく形成しておくことによって、境界部143、144の磨耗が鈍化して、濃度低下が発生しないことが明らかとなった。
【0181】
また、本発明品3及び本発明品4の第1角度θ1は60度に形成されかつ、第2角度θ2は30度に形成されており、第1角度θ1は、第2角度θ2よりも大きい角度に形成されている。これに対して本発明品1及び本発明品2の第1角度θ1及び第2角度θ2は、それぞれが45度に形成されている。現像スリーブ132は、画像形成装置101が画像形成する際に、現像剤126などによって、当該現像スリーブ132の回転方向S1の上流側の上流側内面140が、回転方向S1の下流側の下流側内面141よりも磨耗量が多い。このため、あらかじめ、第1角度θ1を第2角度θ2よりも大きい角度に形成する(即ち上流側内面140を下流側内面141よりもよりなだらかな傾斜に形成する)ことで、上流側内面140の磨耗が鈍化して、濃度低下が発生しないことが明らかとなった。
【0182】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【0183】
21 エンドミル(回転工具)
101 画像形成装置
106Y,106M,106C,106K プロセスカートリッジ
108 感光体ドラム(感光体)
109 帯電ローラ(帯電装置)
113 現像装置
115 現像ローラ
132、132’ 現像スリーブ
132a 軸芯
133 マグネットローラ
135 磁性キャリア
139 凹み
139a 底部
140 上流側内面
141 下流側内面
143、144 境界部
145 仮想面
θ1 第1角度
θ2 第2角度
R1、R2 曲率半径
S1 回転方向
【先行技術文献】
【特許文献】
【0184】
【特許文献1】特開2003−255692号公報
【特許文献2】特開2004−191835号公報
【特許文献3】特開2007−86091号公報

【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)マグネットローラと、(b)前記マグネットローラを内包していて該マグネットローラの磁力により外表面にトナーが吸着された磁性キャリアを吸着するとともに、平面視円形又は楕円形の凹みが、互いに重ならないように間隔をあけて、多数設けられた現像スリーブと、を備えた現像ローラにおいて、
前記現像スリーブの周方向の断面における外表面と前記平面視円形又は楕円形の凹みとの境界部が、丸みを帯びた曲面に形成されていることを特徴とする現像ローラ。
【請求項2】
前記丸みを帯びた曲面に形成された前記境界部の曲率半径が、前記磁性キャリアの体積平均粒径よりも大きいものとされていることを特徴とする請求項1に記載の現像ローラ。
【請求項3】
前記現像スリーブの回転方向の上流側における前記境界部の曲率半径が、前記現像スリーブの回転方向の下流側における前記境界部の曲率半径よりも大きいものとされていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の現像ローラ。
【請求項4】
前記現像スリーブの周方向の断面における回転方向の上流側に位置する上流側内面と、前記現像スリーブの軸芯と前記凹みの底部とを結ぶ仮想面と、がなす第1角度が、
前記現像スリーブの周方向の断面における回転方向の下流側に位置する下流側内面と、前記仮想面と、がなす第2角度よりも大きいものとされていることを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載の現像ローラ。
【請求項5】
前記凹みの前記現像スリーブの周方向の断面形状が、円弧状に形成され、かつ、前記平面視円形又は楕円形の凹みの前記現像スリーブの長手方向の断面形状が、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちいずれか一項に記載の現像ローラ。
【請求項6】
前記平面視円形又は楕円形の凹みにおける前記現像スリーブの周方向の断面形状が、V字状に形成され、かつ、前記凹みの前記現像スリーブの長手方向の断面形状が、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちいずれか一項に記載の現像ローラ。
【請求項7】
前記現像スリーブの周方向に互いに隣り合う前記平面視円形又は楕円形の凹み同士が、当該現像スリーブの長手方向に位置をずらした位置に配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のうちいずれか一項に記載の現像ローラ。
【請求項8】
前記平面視円形又は楕円形の凹みが、前記現像スリーブの外表面に螺旋上に配置されていることを特徴とする請求項7に記載の現像ローラ。
【請求項9】
前記平面視円形又は楕円形の凹みが、軸芯回りに回転される回転工具によって、前記現像スリーブの外表面に切削加工されて形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項8のうちいずれか一項に記載の現像ローラ。
【請求項10】
前記平面視円形又は楕円形の凹みが、前記回転工具の軸芯と交差する状態に配置された現像スリーブがその軸芯回りに回転されながら、前記回転工具と前記現像スリーブとが当該現像スリーブの長手方向に相対的に移動されて形成されていることを特徴とする請求項9記載の現像ローラ。
【請求項11】
外表面にトナーが吸着された磁性キャリアを吸着する現像スリーブを有した現像ローラを備えた現像装置において、前記現像ローラとして、請求項1乃至請求項10のうちいずれか一項に記載の現像ローラを備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項12】
現像装置を少なくとも有するプロセスカートリッジにおいて、前記現像装置として、請求項11記載の現像装置を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項13】
感光体ドラムと、帯電装置と、現像装置と、を少なくとも有する画像形成装置において、前記現像装置として、請求項11記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。

【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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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【図22】
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【図23】
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【図24】
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【図25】
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【図26】
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【公開番号】特開2011−13253(P2011−13253A)
【公開日】平成23年1月20日(2011.1.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−154694(P2009−154694)
【出願日】平成21年6月30日(2009.6.30)
【出願人】(000006747)株式会社リコー (37,907)
【Fターム(参考)】