JP2012048124A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤担持体に担持させた現像剤をブレードに固着させないようにすることにより、すじの無い安定した品質の画像が得られるようにする。
【解決手段】現像剤担持体６２の表面は、２つの異なる表面粗さをもつ領域６２Ｂ，６２Ｃを有し、これら２つの領域６２Ｂ，６２Ｃの境界部は、２つの異なる表面粗さが混在して存在する。領域６２Ｃの方が面積が小さく、かつ表面粗さが大きい。また、領域６２Ｃは帯状の形状を有し、現像剤担持体６２の表面において、帯状の形状の長手方向が、現像剤担持体６２の回転中心軸に平行な方向に対して傾斜している。これにより、現像剤担持体６２に当接するドクターブレード直下におけるトナーの流れが常に一定とはならず、トナーの滞留層を崩す効果が得られ、ドクターブレード表面へのトナーの固着を防ぎ、安定した画像が得られる。
【選択図】図９

Description

本発明は、現像装置及び画像形成装置に関し、電子写真方式を採用する画像形成装置と、該画像形成装置に搭載される現像装置に関する。

電子写真方式を採用する画像形成装置においては、感光体の表面に形成される静電潜像に対して、現像装置から現像剤の成分であるトナーを供給して現像することによって可視像であるトナー像を形成する。そして、感光体表面のトナー像を転写媒体である記録紙などに転写し、記録紙上に転写されたトナー像を定着して堅牢な記録画像を形成する。

近年、カラーインクジェット方式の画像形成装置の普及により、電子写真方式を利用した画像形成装置においても、小型化・低価格化が求められている。
このような状況から、電子写真方式に適用する現像装置としては、構造が簡単で小型化が可能な、非磁性一成分現像方式のものが用いられることが多い。

現像装置に備えられた従来の現像剤担持体に関して、例えば特許文献１には、現像剤担持体表面の凹凸のピッチや平均粗さに関する発明が開示されている。また、特許文献２には、現像剤担持体の表面の凹凸の高さや間隔に関する発明が開示されている。

特開昭５８−５７１６５号公報 特開昭５９−１８９３７４号公報

一般に、現像剤担持体の表面に凹凸を形成して現像剤の安定搬送を図る技術が知られている。この場合、現像材担持体の表面に形成する凹凸は、表面粗さや凹凸の高さ、ピッチなどのパラメータに配慮しながら設計される。
従来では、現像剤担持体の表面の全域を一定の条件で凹凸加工している。このため、現像剤担持体上の現像剤量を規制するためのブレードの押圧部へ流入するトナーが一定の状態となり、トナーがブレードの表面に固着しやすくなっていた。この場合、ブレードに固着したトナーによりトナー層にすじが発生して画像不良となる、という問題があった。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、現像剤担持体に担持させた現像剤を感光体に飛翔させて静電潜像を現像する現像装置において、現像剤担持体に担持させた現像剤をブレードに固着させないようにすることにより、すじの無い安定した品質の画像が得られるようにした現像装置と、該現像装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、光走査によって静電潜像を形成する感光体と、現像剤を担持する現像剤担持体とを有し、前記現像剤担持体に担持させた現像剤を前記感光体に飛翔させて前記静電潜像を現像する現像装置において、前記現像剤担持体の表面は、２つの異なる表面粗さをもつ領域を有し、該２つの領域の境界部は、２つの異なる表面粗さが混在して存在することを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記２つの領域は互いに異なる面積を有し、大きい面積の領域は小さい面積の領域よりも表面粗さが小さいことを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１または第２の技術手段において、前記表面粗さの大きい領域は帯状の形状を有し、前記現像剤担持体の表面において、該帯状の形状の長手方向は、前記現像剤担持体の回転中心軸に平行な方向に対して傾斜を有していることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第３の技術手段において、前記表面粗さの大きい領域は、前記現像剤担持体を周方向に１回より多く周回するように設けられていることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１〜第４のいずれか１の技術手段において、前記現像剤担持体は、アルミ製の円筒部材であることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１〜第５のいずれか１の技術手段において、前記２つの異なる表面粗さは、ブラスト処理により形成され、該ブラスト処理は、ガラスビーズブラスト処理であることを特徴としたものである。

第７の技術手段は、第１〜第５のいずれか１の技術手段において、前記２つの異なる表面粗さは、ブラスト処理により形成され、該ブラスト処理は、サンドブラスト処理であることを特徴としたものである。

第８の技術手段は、前記第５または第７の技術手段において、前記ブラスト処理は、前記現像剤担持体の素地表面を平均粗さＲａ＝０.０５μｍ以下で鏡面加工した後に行われた処理であることを特徴としたものである。

第９の技術手段は、第１〜第８のいずれか１の技術手段において、前記２つの異なる表面粗さは、一方がＲａ＝０.３〜０.５μｍであり、他方がＲａ＝０.５μｍ以上であることを特徴としたものである。

第１０の技術手段は、第１〜第９のいずれか１の技術手段の現像装置を備え、該現像装置の感光体上で現像された現像剤を転写媒体に転写して画像形成を行う画像形成装置である。

本発明によれば、現像剤担持体に担持させた現像剤を感光体に飛翔させて静電潜像を現像する現像装置において、現像剤担持体に担持させた現像剤をブレードに固着させないようにすることにより、すじの無い安定した品質の画像が得られるようにした現像装置と、該現像装置を備えた画像形成装置を提供することができる。

本発明による現像装置を備えた画像形成装置の全体構成例を示す図である。 本発明による現像装置の構成例を示す図である。 現像剤担持体上のトナー量を規制するドクターブレードの構成を説明するための図である。 ブラスト処理による現像剤担持体の表面状態を説明するための図である。 現像剤担持体表面のＲａとトナー付着量との関係を示す図である。 現像剤担持体のアルミ素地の表面粗さとブラスト処理後の表面粗さとを比較した結果を示す図である。 従来の現像剤担持体の一例を示す正面外観図である。 図７の構成における領域６２Ｂの表面粗さの測定値を示す図である 本発明の現像装置における現像剤担持体の構成例を示す図で、 図９の構成における領域６２Ｃの表面粗さの測定値を示す図である。 現像剤担持体の表面に設けた溝とトナーの搬送量との関係を説明する図である。 本発明に適用するブラスト加工を概念的に説明する図である。 ブラスト処理により形成した領域の粗さの状態とトナー搬送量との関係を説明する図である。 現像剤担持体表面の表面粗さと形状を変化させて画像不良の程度を評価した結果を示す図である。 帯状の領域が傾斜して設けられていることによる効果を説明する図である。 本発明の現像装置における現像剤担持体の第２の構成例を示す図で、現像剤担持体の正面外観を示す図である。 現像剤担持体に対する帯状領域の周回回数と画像の状態との関係を評価した結果を示す図である。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに、図１は本発明による現像装置を備えた画像形成装置の全体構成例を示す図、図２は現像装置の構成例を示す図である。まず、図１を用いて、本発明の実施形態に係る現像装置２００を備えた画像形成装置１００の全体構成について説明する。

画像形成装置１００は、印刷モードとしてコピアモード（複写モード）、プリンタモード、ＦＡＸモードを有しており、不図示の操作部からの操作入力や、パーソナルコンピュータ等の外部ホスト装置からの印刷ジョブの受信に応じて印刷モードが選択される。
図１に示すように、本画像形成装置１００は、原稿読み取り部１０、給紙部２０、印刷部３０、及び排紙部４０に大別され、原稿読み取り部１０が給紙部２０の上方に配設され、排紙部４０が原稿読み取り部１０と給紙部２０の中間部位に配設されている。

以下に、上記各処理モードの中からコピアモードについて説明する。
ユーザが、原稿読み取り部１０のプラテンガラス１１上に原稿を載置した後、給紙部２０の給紙カセット２１あるいは装置側面に設けられた手差しトレイ２３に転写媒体となる記録紙を装着し、さらに装置の外装前面部に配置される操作パネル（不図示）上の条件入力キー（印刷枚数／印刷倍率等々）を入力した後に、操作パネルのスタートキーを操作するとコピー動作が開始される。

スタートキーが操作されると、メイン駆動モータ（不図示）が始動し、各駆動ギヤが回転する。その後、給紙ローラ２２または２２ａが回転して記録紙が装置内へ送出され、給紙された記録紙はレジストローラ３１に到達して捕捉される。このレジストローラ３１により、記録紙は、感光体ドラム３２上に形成される画像の先端部と同期をとるために一時停止され、記録紙の先端部が均一にレジストローラ３１に押しつけられて記録紙の先端位置の補正が行なわれる。

一方、原稿読み取り部１０においては、コピーランプ１２ａが点灯し、コピーランプユニット１２が矢印Ｃ方向へ移動することで露光が開始される。コピーランプ１２ａにより原稿に照射された照射光は、原稿の画像情報を含む反射光となる。この反射光は、コピーランプユニット１２に設けられた第１ミラー１２ｂ、第２ミラー１３、第３ミラー１４、光学レンズ１５を経由して、ＣＣＤ１６へ入力されることによって読み取られる。
このようにして読み取られた画像情報は、不図示のＣＣＤ回路で、光の画像情報が電気的信号に変換され、その画像情報信号は、設定された条件で画像処理が行われ、レーザスキャナユニット３３へプリントデータとして送信される。

他方、帯電ユニット３４により、感光体ドラム３２の周面の一部が軸方向全体に渡って所定帯電電位に帯電され、感光体ドラム３２が回転することによってその周面全体が所定の負の帯電電位に帯電される。帯電した感光体ドラム３２の表面は、感光体ドラム３２の回転により次工程へ移動する。

次に、レーザスキャナユニット３３では、回転方向に複数の反射面を有したポリゴンミラー及び各種光学系により、半導体レーザから出射されたレーザ光が偏向されながら感光体ドラム３２へ照射される。これにより、帯電ユニット３４により帯電した感光体ドラム３２上をレーザ光が走査し、感光体ドラム３２上に静電潜像が形成される。

その後、現像装置２００が備える現像槽６１内の負の直流電位に印加された現像剤担持体６２により、現像槽６１内のトナー（現像剤）が回転する感光体ドラム３２表面上に供給され、静電潜像はこのトナーによって感光体ドラム３２上の電位ギャップに応じて顕像化（現像）される。

また、作像される記録紙は、タイミングを合わせてレジストローラ３１により、感光体ドラム３２方向へ搬送され、転写ユニット（コロナチャージャ）３６により感光体ドラム３２上のトナーが記録紙に転写される。感光体ドラム３２上の残留したトナーはドラムユニットのクリーニングブレード３７ａによってかきとられ、クリーナーユニット３７により回収される。クリーニングブレード３７ａによりトナーがかきとられた感光体ドラム３２の表面は、帯電ユニット３４へ移動する途中で除電装置３９により必要に応じて除電される。

他方、トナーの転写が終了した用紙は、定着装置３８の加熱ローラ３８ａと加圧ローラ３８ｂとの間を通過して、熱と圧力が加えられ、用紙上の未定着トナーが記録紙に溶融・固着され、排紙ローラ４１により排紙トレイ４２に排出される。加熱ローラ３８ａは、その内部に設けられた加熱ヒータ３８ｃによって加熱される。

また、原稿読み取り部１０が備える原稿トレイ１９に原稿が載置されていることが、所定のセンサにより検出されている場合には、所定のスタートキー操作がなされたときに給紙ローラ５１，５２が回転し、原稿トレイ１９上に載置された原稿が原稿読み取り部１０内へ送出されて所定の搬送経路Ｒｔ１中を搬送される。この搬送経路Ｒｔ１には、レジストローラ５３が設けられており、このレジストローラ５３によって原稿が捕捉され、原稿先端の位置決めが行われた後、所定のタイミングで原稿読み取り位置へ搬送される。そして、コピーランプユニット１２が所定の停止位置で停止したまま搬送中の原稿を露光する。この露光により得られた原稿からの反射光により原稿画像を読み取る処理は前述した通りである。このようにして画像が読み取られた原稿は、原稿排出部１８へ排出される。

図２に示す現像装置２００は、大略、現像剤を担持する現像剤担持体（現像ローラ）６２と、現像剤を収容する現像槽６１と、現像槽６１の中で現像剤６０を撹拌搬送する撹拌搬送部材６３、６４及び６５とを含み、これらはそれぞれ矢印で示す反時計方向に回転している。
現像剤担持体６２は、現像槽内で回転自在に設けられるアルミ製の現像ローラである。現像ローラは、感光体ドラム３２を臨み、その軸線が感光体ドラム３２の回転軸線と平行になるように配置され、現像槽６１本体のフレーム部に支持される。

現像剤担持体６２に担持される現像剤としては、非磁性の一成分現像剤が用いられる。現像剤担持体６２の上流に設けられたトナー供給ローラ６６により、その表面にトナーを吸着し、現像剤担持体６２上に一定量のトナーを供給する。
現像剤担持体６２の上方には、一定量のトナー層を形成する為の現像剤規制部材としてドクターブレード６８が設けられている。ドクターブレード６８は、支持部６７ａとその支持部６７ａの先端に取り付けられたウレタンゴム６７ｂとからなっている。支持部６７ａの他端は固定用の板金７１及び７２によって挟み込まれ、ビス７３によって現像槽６１の本体に固定されている。

支持部６７ａは、ばね性を有した薄い金属板金であり、このばね性によってウレタンゴム６７を一定の圧力で、接触点ｐ位置において現像剤担持体６２上に押圧する。これにより、現像剤担持体６２上に一定の帯電を有したトナー層が担持される。これらの電荷を有するトナーが、現像剤担持体６２と感光体ドラム３２との電位差に応じて、現像剤担持体６２から感光体ドラム３２に供給されて静電潜像を現像し、トナー像を形成する。

現像槽６１は、例えば硬質の合成樹脂などからなり、外観が略直方体形状を有する容器部材である。現像槽６１内において、第１撹拌搬送部材６５と第２撹拌搬送部材６３は主として回転方向のトナーの攪拌と搬送の役割を持っている。両部材共に回転軸の周囲に設けられた薄い樹脂性、例えばＰＥＴ製の羽を有している。
また、第３撹拌搬送部材６４は、例えば硬質の合成樹脂製のスクリュー状の回転部材であって、主として軸方向のトナーの攪拌と搬送の役割を持っている。

第２撹拌搬送部材６３とトナー供給ローラ６６との間には、中間壁部材８０が設けられる。中間壁部材８０は、例えば合成樹脂などからなる平板状の部材であり、現像槽６１の長手方向に延びて現像槽６１の底部から立ち上がるようにして設けられる。ただし、中間壁部材８０の中央部には開口穴８１があって、槽内において、第２撹拌搬送部材６３からトナー供給ローラ６６へ向う現像剤の流れを形成している。

トナー供給ローラ６６は、芯金のまわりに円筒状の例えば発泡ウレタンなどの多孔性弾性部材が設けられたものであり、この多孔弾性部材の穴部にトナーを吸着させつつ、現像剤担持体６２を摺擦することでトナーを現像剤担持体６２に供給し、且つ現像後、現像剤担持体６２に残った余分のトナー層をクリーニングする役割も持つ。

図３は、現像剤担持体上のトナー量を規制するドクターブレードの構成例を説明するための図である。ドクターブレード６８の先端に取り付けられているウレタンゴム６７ｂの断面は、略長方形形状をしており、且つ長手方向に現像剤担持体６２とほぼ同じ幅を持っている。支持部６７ａは、一端側にウレタンゴム６７ｂが取り付けられ、他端側は固定板金７１及び７２に挟み込まれる形でビス等により固定されている。ウレタンゴム６７ｂは、支持部６７ａの材料弾性力によって、現像剤担持体６２に対して、接触点ｐの位置において荷重Ｐで押圧されている。

現像剤担持体６２は、矢印Ｎ方向に回転しており、現像槽６１内のトナーはトナー供給ローラ６６の表面に吸着され、トナー供給ローラ６６から現像剤担持体６２上に一定量のトナーが供給される。現像剤担持体６２上に供給され接触点ｐに流入したトナーは、現像剤担持体６２とウレタンゴム６７ｂによって摩擦力を受けて帯電する。そして接触点ｐを通過したトナーは、感光体ドラム３２（図３では図示せず）と対向する現像位置へ搬送された後、感光体ドラム３２上で現像される。

ドクターブレード６８を現像剤担持体６２に押圧する力の設定方法については、下記の如くである。押圧力は主として支持部６７ａの材料弾性力を利用している。即ち、図３のＹ方向に支持部６７ａをどの程度撓ませて、現像剤担持体６２に当接させるかによって押圧力を調整している。理論的には下記の良く知られた片持ち梁の公式で表される。
力Ｐ（ｋｇｆ）＝３ＥＩδ／Ｌ³ ・・・（１）
ここで、Ｅは支持部６７ａのヤング率、Ｉは断面二次モーメント、δはたわみ量、Ｌは自由長である。

後述する本発明に係る実施形態の評価においては、ドクターブレード６８と現像剤担持体６２との間に、短冊状にカットしたＰＥＴ製の部材の一端をはさみ、他端をテンションゲージに繋いで一定の速度でＰＥＴ部材を引き抜いた時の引抜力を測定し、引抜力が０.０３〜０.０５ｋｇｆ／ｃｍ程度となるように力Ｐを調整した。テンションゲージには、アイコーエンジニアリング（株）製ＲＸ−５を使用した。

ところで、現像剤担持体６２上のトナー付着量（搬送量）は常に一定である必要がある。その際、単位面積当たりのトナー重量が一定であるだけでなく、トナー層の厚みも均一である必要がある。これらトナー重量や厚みが均一にならないと、画像濃度にバラツキが生じたり、画像上にムラやスジによる不具合が発生する。
このような不具合については、現像剤担持体６２の表面を凹凸状にすることでトナー層の安定化が図られることが知られている。本発明の実施形態においても、アルミ製の現像剤担持体６２をブラスト処理することで規定量のトナー搬送量を得ることができる。

図４は、ブラスト処理による現像剤担持体の表面状態を説明するための図で、現像剤担持体の表面拡大画像の一例を示している。領域６２Ａは現像剤担持体６２のアルミ素地の領域を示し、領域６２Ｂはブラスト処理を行った部分の領域を示している。画像の撮影には、（株）キーエンス製マイクロスコープＶＨＸ−６００を用いた。ブラスト処理は、砥粒として砂を用いたサンドブラストが一般的であるが、定形である球形のガラスビーズや鋼球を用いることも多い。本発明に係る実施形態では、現像剤担持体６２としてＡ５０５２、５０５６、６０６１等を用いた。また、砥粒としてガラスビーズや砂を用いている。図４において、例えばｄに示す部分が、ガラスビーズ粒一粒によって凹形状に変形した状態を示している。

被測定物の表面の凹凸度（表面粗さ）を表す指標としては、表面粗さ計を用いて測定した平均粗さＲａ等を用いるのが一般的である。これは、例えば（株）小坂研究所製Ｓｕｒｆｃｏｒｄｅｒ ＳＥ３５００等で測定可能である。
図５は、現像剤担持体表面のＲａとトナー付着量との関係を示す図である。現像剤担持体６２上の最適なトナー付着量は、０.７〜０.９ｍｇ／ｃｍ²である。Ｒａが０.３〜０.５μｍであるとき、画像形成上最適なトナー付着量が得られる。

図６は、現像剤担持体のアルミ素地の表面粗さとブラスト処理後の表面粗さとを比較した結果を示す図である。ブラスト処理は、一般に対象物を中心軸の周りに回転させながら、ある一定の大きさ、硬度の砥粒を一定の圧力、速度で射出ノズルから射出し、対象物に射出衝突させる。このときに砥粒の射出時間、ノズルから対象物までの距離、対象物に対する射出繰り返し回数等を調整しながら処理を行う。なお、ブラスト処理を行う前に、対象物の表面をどこまで滑らかに仕上げておくかによっても、処理後の粗さに差が出てくる。

図６に示すように、現像剤担持体６２であるアルミ製の円筒部材の素地表面を平均粗さＲａ＝０.０５μｍ以下で鏡面研磨加工した後にブラスト処理を行うことで、平均粗さＲａ＝０.３〜０.５μｍの範囲で安定して凹凸を形成することができた。

本発明に係る実施形態では、現像剤担持体６２をアルミ製の円筒部材とすることにより、その表面にブラスト処理を施すことで平均粗さＲａ＝０.３〜０.５μｍの凹凸を安定して形成することができる。また、ブラスト処理は、アルミ製の円筒部材を平均粗さＲａ＝０.０５μｍ以下で鏡面加工仕上げした後に行うことで、より安定した平均粗さの凹凸を得ることができる。ブラスト処理としては、ガラスビーズブラストもしくはサンドブラストを適用することで均一な凹凸を形成することができる。そしてこれらにより、最適な現像剤搬送量や均一な現像剤層を得ることが容易となり、現像剤担持体６２上における現像剤搬送不良によって発生するムラ等のない安定した画像が得られる。

図７は、比較のために従来の現像剤担持体６２の一例を示す正面外観図で、図３のＡ矢視図に相当する図である。従来の現像剤担持体６２は、ウレタンゴム６７ｂと接する部分にブラスト処理が一様に施される。従って図４に示すような領域６２Ｂが表面に一様に形成される。図８は、図７の構成における領域６２Ｂの表面粗さの測定値を示す図である。この場合の平均粗さは、Ｒａ＝０.４３（μｍ）であった。

図９は、本発明の現像装置における現像剤担持体の構成例を示す図で、図９（Ａ）は現像剤担持体の正面外観図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＢ−Ｂ´断面を示す図である。
図９の現像剤担持体６２は、図７に示す従来の現像剤担持体に対して、領域６２Ｂの粗さよりも粗い（つまり表面粗さの大きい）表面をもつ領域６２Ｃを追加工処理している。この領域６２Ｃは帯状の形状を有し、現像剤担持体６２の表面において、帯状の形状の長手方向は、前記現像剤担持体の回転中心軸Ｏに平行な方向に対して傾斜を有している。
図１０は、図９の構成における領域６２Ｃの表面粗さの測定値を示す図である。この場合の領域６２Ｃの平均粗さは、Ｒａ＝０.６５（μｍ）であった。

本発明の実施形態に係る現像剤担持体６２を作製するには、例えば予め領域６２Ｃに相当する部分に粘着テープ等でマスキングを施した後、小さめの粗さとなるように全面をブラスト処理し、その後テープを剥がしてから再度大きめの粗さとなるように領域６２Ｃのみブラスト処理を行うとよい。
このようにすることで、前述したように、表面粗さの大小によって現像剤担持体６２の有するトナー搬送能力が変化し、ウレタンゴム６７ｂの下を領域６２Ｂが通過しているときに比べて、領域６２Ｃが通過するときの方がトナー搬送能力が増えることになる。

従来方式の場合、現像剤担持体６２の表面粗さは全面にわたって一定であるため、常に一定のトナー量がウレタンゴム６７ｂの下に供給されていた。従って、ある部分ではトナーがスムーズに現像領域に搬送されることなく、ウレタンゴム６７ｂの下で滞留することがあり、長時間の使用によってウレタンゴム６７ｂの表面にトナーが固着しやすくなる。そしてその結果、固着が生じた部分ではトナーが下流側へ搬送されなくなるので、現像剤担持体６２上ですじとなって現れ、画像不良となっていた。

本発明に係る実施形態では、図９に示すような構成とすることにより、現像剤担持体６２が１回転する度に１度、トナーの搬送能力が増える。これにより、ウレタンゴム６７ｂの下で滞留して固まりかけたトナーへの圧力を変化させて瞬間的にそのトナーを崩すことにより、トナーをスムーズに下流に搬送する効果が得られる。
また、帯状の領域６２Ｃに特定の角度の傾斜を持たせることにより、現像剤担持体６２の長手方向を微小距離で区切ったとき、領域６２Ｃが存在する部分では、互いに隣り合うある微小区間において領域６２Ｃの占める割合が異なるため、両者のトナー搬送量は微小量異なることになる。従って、固まりかけたトナーを崩す効果は、領域６２Ｃが傾斜していない場合に比べて大きい。

ところで、既知の技術として、現像剤担持体６２の表面に例えば機械加工や金型ダイス加工による溝を設けることにより、現像剤担持体６２の現像剤搬送能力が部分的に増大することが知られている。図１１は、現像剤担持体の表面に設けた溝とトナーの搬送量との関係を説明する図である。
図１１（Ａ）に示すように、現像剤担持体６２の表面に深さｈ（ｍｍ）で幅ｋ（ｍｍ）の溝を形成する。これにより、図１１（Ｂ）に示すように、形成した溝の部分に現像剤が捕捉されるので、トナー搬送量（ｍｇ／ｃｍ²）、即ちトナー搬送能力は溝の部分で相対的に増大する。しかしながら図１１（Ｂ）に示すように、こうした溝加工では、溝が形成されていない領域と溝の領域との境界で急激にトナー搬送量が変化し、溝の領域でトナー搬送量が増えることになる。その結果、現像領域には要求以上のトナーが長手方向に帯状になって供給されるため、画像濃度が円周ピッチで帯状に高くなってしまう。

本発明の実施形態では、現像剤担持体の表面加工にブラスト加工を適用する。図１２は本発明に適用するブラスト加工を概念的に説明する図である。ブラスト加工では、射出ノズル３００から射出させた砥石粒３０１を現像剤担持体６２に吹き付けるので、上記の機械加工や金型ダイス加工等による溝のように、溝の形成部分で明瞭な形状変化が生じることなく、溝深さがなだらかに変化する凹凸加工が可能である。

このような形状の溝を形成するためには、帯状の領域６２Ｃの中心線上では射出ノズル３００からの砥石粒３０１のブラスト強度を強くし（矢印Ｓで概念的に示す）、中心線からはずれる方向、即ち領域６２Ｂとの境界付近に向けてブラスト強度を弱めてやればよい（矢印Ｗで概念的に示す）。これにより、領域６２Ｂと領域６２Ｃとの境界領域においては、大小の凹凸が混在して存在することになる。つまり領域６２Ｂと６２Ｃの境界部で２つの異なる表面粗さが混在して存在する。

図１３は、ブラスト処理により形成した領域の粗さの状態とトナー搬送量との関係を説明する図である。上記のようなブラスト処理におけるブラスト強度を調整することにより、図１３（Ａ）に示すような粗さをもった領域を形成することができる。粗さの大きい部分が領域６２Ｃに相当し、粗さの小さい部分が領域６２Ｂに相当する。そして粗さが小さいレベルから大きいレベルになだらかに変化する部分が、領域６２Ｂと６２Ｃとの境界部分である。この部分では、２つの異なる表面粗さが混在して存在する。この結果、図１３（Ｂ）に示すようにトナー搬送量はなだらかに変化するので、従来の溝のようなトナー搬送量の急激な変化は生じにくくなる。

上記のように本実施形態によれば、現像剤担持体６２上に表面粗さが異なる領域を設けることで、トナーの搬送量が微少量増減する。このため、ドクターブレード６８のウレタンゴム６７ｂの直下におけるトナーの流れが常に一定とはならず、トナーの滞留層を崩す効果が得られる。更に２つの領域の境界部では２つの表面粗さが混在して存在することにより、境界部におけるトナー搬送量の急激な変化が生じることなく徐々に変化する。従って現像部に影響を及ぼすことなく、ウレタンゴム６７ｂの表面への固着を起こしにくくなり、すじになりにくいので、安定した画像が得られる。

また本実施形態によれば、表面粗さが小さい領域の面積を、表示面粗さが大きい面積の領域よりも小さくすることにより、表面粗さが小さい方の値を現像に最適な表面粗さとし、これを大きな面積の領域として現像剤担持体６２の表面の大部分を規定する。そして残る一部分の面積の表面粗さ大きくすることにより、現像剤担持体６２の１回転の一部分で瞬間的にトナーの搬送量を変化させることができる。これにより、ドクターブレード６８のウレタンゴム６７ｂの直下におけるトナーの流れが常に一定とはならず、トナーの滞留層を崩す効果が得られる。

尚、領域６２Ｂと領域６２Ｃとにおける粗さの差分量、及び面積比については、使用する現像装置や現像剤、現像条件に左右されるので特に規定しないが、使用する条件に応じて最適化することとする。領域６２Ｃの粗さを粗くすればする程、また領域６２Ｃの面積を増やせば増やす程、トナーの固着によるすじの発生を抑える効果は高いが、その分トナー搬送量が増えて画像濃度が変化する。従って各領域６２Ｂ，６２Ｃの表面粗さや形状などのパラメータを振りながら、画像不良が生じないパラメータの組み合わせを見出す必要がある。

図１４は、現像剤担持体表面の表面粗さと形状を変化させて画像不良の程度を評価した結果を示す図である。ここでは、評価Ｎｏ.１〜９において、表面粗さの大きい帯状領域（領域６２Ｃ）のＲａ、及び帯状領域の角度θを変化させ、得られた画像における画像不良の程度を○、△、×で評価した。ここで角度θは、図９（Ｂ）に示す角度θを示すもので、現像剤担持体６２の回転中心Ｏと、帯状の領域６２Ｃの円周方向の両端部のそれぞれを結ぶ２つの直線のなす角度（劣角）を示すものである。また、帯状領域以外の他の領域（領域６２Ｂ）のＲａは、画像形成に最適なトナー付着量が得られる０.３〜０.５に固定した。

Ｎｏ.１〜３では、帯状の領域６２Ｃの平均粗さＲａを０.５〜０.７にして、角度θを１５°以下、１５〜３０°、３０°以上に変化させた。この結果、角度θが１５〜３０°のときに画像状態が良好（○）であり、他の角度では画像状態は不良（×）であった。
また、Ｎｏ.４〜６では、帯状の領域６２Ｃの平均粗さＲａを０.７〜１.０にし、角度θを１５°以下、１５〜３０°、３０°以上に変化させた。この結果、角度θが１５〜３０°のときに画像状態が良好（○）であり、角度θ１５°以下ではやや不良（△）であり、角度θが３０°以上では不良（×）であった。

さらに、Ｎｏ.７〜９では、帯状の領域６２Ｃの平均粗さＲａを１.０以上にし、角度θを１５°以下、１５〜３０°、３０°以上に変化させた。この結果、角度θが１５°以下、及び１５〜３０°のときに画像の状態がやや不良（△）であり、角度θが３０°以上では不良（×）であった。

これらの評価結果から、現像剤担持体６２に設ける２つの領域（領域６２Ｂ，６２Ｃ）について、領域６２ＣのＲａが０.５〜１.０μｍ、領域６２ＢのＲａが０.３〜０.５μｍ、角度θ１５〜３０°であるときにすじの発生がなく良好な画像を得ることができた。
このように、現像剤担持体６２の表面の大部分を占める領域６２Ｂにおいて、現像にとって最も好ましいトナー付着量が得られる平均粗さＲａ＝０.３〜０.５μｍとし、一部分の面積を占める領域６２Ｃの平均粗さＲａを０.５μｍ以上とすることにより、領域６２Ｃで瞬間的にトナーの搬送量を変化させることで、トナーの滞留層を崩すことができる。

図１５は、帯状の領域６２Ｃが傾斜して設けられていることによる効果を説明する図である。ここでは、現像剤担持体６２の表面において、領域６２Ｃの帯状形状の長手方向が、現像剤担持体６２の回転中心軸に平行な方向に対して傾斜を有している場合と、傾斜を有していない場合とで画像の状態を比較して評価した。このときの条件は、領域６２ＢのＲａ＝０.３〜０.５μｍ、領域６２ＣのＲａ＝０.５〜０.７μｍ、領域６２Ｃが現像剤担持体６２の円周上に占める角度を１５〜３０°とした。評価においては、ドクターブレード６８のウレタンゴム６７ｂの直下におけるトナーの固着具合を目視観察した。この結果、帯状の領域６２Ｃが傾斜している方が、トナーの固着がなく良好な結果が得られた。

尚、帯状の領域６２Ｃの傾斜角度についても、使用する現像装置や現像剤、現像条件に左右されるので特に規定しないが、使用する条件に応じて最適化することとする。領域の傾斜角度や表面粗さなどのパラメータを振りながら、画像不良の起こらない組み合わせを見出す必要がある。

また、領域６２Ｃの傾斜がない場合、例えば数１００枚程度の印字枚数であれば画像不良が発生しなくても、数１０００枚印字するとトナー特性の劣化により画像不良が発生することもある。従って、領域６２Ｃを傾斜させて、ライフに対する安全係数をより大きくしておくことが望ましい。本発明に係る実施形態においては、現像剤担持体６２の回転中心軸に平行な方向に対する領域６２Ｃの長手方向の傾斜角度をおよそ３°とし、領域６２Ｃの一端から他端までの間に、現像剤担持体６２上をその円周の半分まで周回するように設けた。

図１６は、本発明の現像装置における現像剤担持体の第２の構成例を示す図で、現像剤担持体の正面外観を示す図である。第２の構成例の現像剤担持体６２では、表面粗さの大きい帯状の領域６２Ｃは、現像剤担持体６２の表面において、帯状の形状の長手方向が現像剤担持体の回転中心軸Ｏに平行な方向に対して傾斜を有し、かつ、帯状の領域６２Ｃは、現像剤担持体６２を周方向に１回より多く周回するように設けられている。

図１６の例では、帯状の領域６２Ｃは、現像剤担持体６２の周方向に３回以上周回している。これにより、領域６２Ｃはねじの如く一定のピッチで現像剤担持体６２の円周上を周回し、任意の長手方向の位置では、領域６２Ｃは所定のピッチで複数繰り返して現れる。
このように構成することにより、現像剤担持体の長手方向において、ある領域でのトナー搬送量を部分的に増やす効果が大きくなり、ドクターブレード６８のウレタンゴム６７ｂの直下におけるトナーの滞留の抑制効果を、図９に示す第１の構成例よりも更に高めることができる。つまり、ウレタンゴム６７ｂの直下におけるトナーの流れが、現像剤担持体６２の長手方向で常に一定とはならず、トナーの滞留層を崩す効果がより増すことになる。従ってウレタンゴム６７ｂへのトナーの固着が発生しにくくなり、画像にすじが生じることなく安定した画像が得られる。

特定の径と長さをもつ現像剤担持体６２にて帯状の領域６２Ｃの傾斜角度を規定すれば、現像剤担持体６２の長手方向における領域６２Ｃのピッチも規定される。この傾斜角度については、使用する現像装置や現像剤、現像条件に左右されるので特に既定しないが、使用する条件に応じて最適化することとする。領域の傾斜角度や表面粗さなどのパラメータを振りながら、画像不良の起こらない組み合わせを見出す必要がある。必要以上に傾斜角度を大きくして長手方向のピッチを小さくすると、トナーの搬送能力が高くなりすぎ、画像に濃度むらが発生したり、濃度かぶりが起こる。
本発明に係る実施形態においては、領域６２Ｃの一端から他端までの間に、現像剤担持体６２上を領域６２Ｃが３〜５周、周回するように設けた。

図１７は、現像剤担持体に対する帯状領域の周回回数と画像の状態との関係を評価した結果を示す図である。ここでは、現像剤担持体６２における帯状の領域６２Ｃの周回回数（周）に対して、すじの有無等の画像状態、目視観察によるウレタンゴムに対するトナーの固着具合、およびトナー搬送量を評価した。現像装置の主要な仕様は以下とした。
現像剤担持体（現像ローラ） ；外径１６ｍｍ
感光体ドラム ；外径３０ｍｍ
トナー供給ローラ；外径１６ｍｍ
プロセス速度 ；１４５ｍｍ／ｓｅｃ
ドクターブレードのウレタンゴムの厚み；１ｍｍ

図１７に示すように、領域６２Ｃの周回回数が１〜３周では、すじの発生が無く画像は良好であったが、ウレタンゴムに対する若干のトナーの固着があった（評価△）。トナーの搬送量は適量であった。また、領域６２Ｃの周回回数が３〜５周では、すじの発生が無く画像は良好であり、ウレタンゴムに対するトナーの固着もなくほぼ良好であった（評価○）。トナーの搬送量も適量であった。
また、領域６２Ｃの周回回数が５〜７周では、周回回数１〜３，３〜５よりやや劣るがすじの発生がほとんど無く画像は良好であり、ウレタンゴムに対するトナーの固着もなくほぼ良好であった（評価○）。トナーの搬送量はやや多かった。
つまり、上記の結果から、領域６２Ｃの周回回数を上げていけばドクターブレードのウレタンゴムに対するトナーの固着がより抑えられる傾向がわかる。従って、少なくとも１回より多く周回するように領域６２Ｃを設定すれば、トナー固着低減効果を得ることができる。ただし周回回数を上げすぎるとトナーの搬送量が多くなりすぎることがあるので、設備仕様等に応じて最適化する必要がある。

尚、出力用紙上の画像濃度は、ベタ画像濃度をポータブル分光測色濃度計（商品名：Ｘ−Ｒｉｔｅ ９３９、Ｘ−Ｒｉｔｅ社製）を用いて測定することができる。また、トナー帯電量は、ＴＲｅＫ社製 Ｍｏｄｅｌ ２１０ＨＳ−２Ａを用いて測定することができる。

１１…プラテンガラス、１２…コピーランプユニット、１２ａ…コピーランプ、１２ｂ…ミラー、１３…ミラー、１４…ミラー、１５…光学レンズ、１６…ＣＣＤ、１８…原稿排出部、１９…原稿トレイ、２０…給紙部、２１…給紙カセット、２２…給紙ローラ、２３…トレイ、３０…印刷部、３００…射出ノズル、３０１…砥石粒、３１…レジストローラ、３２…感光体ドラム、３３…レーザスキャナユニット、３４…帯電ユニット、３７…クリーナーユニット、３７ａ…クリーニングブレード、３８…定着装置、３８ａ…加熱ローラ、３８ｂ…加圧ローラ、３８ｃ…加熱ヒータ、３９…除電装置、４０…排紙部、４１…排紙ローラ、４２…排紙トレイ、５１，５２…給紙ローラ、５３…レジストローラ、６０…現像剤、６１…現像槽、６２…現像剤担持体、６３…撹拌搬送部材、６４…撹拌搬送部材、６５…撹拌搬送部材、６６…トナー供給ローラ、６７…ウレタンゴム、６７ａ…支持部、６７ｂ…ウレタンゴム、６８…ドクターブレード、７１，７２…固定用の板金、７３…ビス、８０…中間壁部材、８１…開口穴、１００…画像形成装置、２００…現像装置。

Claims (10)

1. 光走査によって静電潜像を形成する感光体と、現像剤を担持する現像剤担持体とを有し、前記現像剤担持体に担持させた現像剤を前記感光体に飛翔させて前記静電潜像を現像する現像装置において、
   前記現像剤担持体の表面は、２つの異なる表面粗さをもつ領域を有し、該２つの領域の境界部は、２つの異なる表面粗さが混在して存在することを特徴とする現像装置。
2. 前記２つの領域は互いに異なる面積を有し、大きい面積の領域は小さい面積の領域よりも表面粗さが小さいことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記表面粗さの大きい領域は帯状の形状を有し、前記現像剤担持体の表面において、該帯状の形状の長手方向は、前記現像剤担持体の回転中心軸に平行な方向に対して傾斜を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記表面粗さの大きい領域は、前記現像剤担持体を周方向に１回より多く周回するように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
5. 前記現像剤担持体は、アルミ製の円筒部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の現像装置。
6. 前記２つの異なる表面粗さは、ブラスト処理により形成され、該ブラスト処理は、ガラスビーズブラスト処理であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の現像装置。
7. 前記２つの異なる表面粗さは、ブラスト処理により形成され、該ブラスト処理は、サンドブラスト処理であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の現像装置。
8. 前記ブラスト処理は、前記現像剤担持体の素地表面を平均粗さＲａ＝０.０５μｍ以下で鏡面加工した後に行われた処理であることを特徴とする請求項６または７に記載の現像装置。
9. 前記２つの異なる表面粗さは、一方がＲａ＝０.３〜０.５μｍであり、他方がＲａ＝０.５μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の現像装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１の現像装置を備え、該現像装置の感光体上で現像された現像剤を転写媒体に転写して画像形成を行う画像形成装置。

Images