JP5017033B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸受に回転可能に支持される回転部材に関し、更に詳しくは、感光体に回転しながら接触してトナーを感光体に付与する回転部材、それを用いた現像装置及び画像形成装置に関する。

従来、画像形成装置では、感光体にトナー像を形成するために、回転部材である現像ローラを回転させながら感光体に接触させることにより、感光体上の静電潜像を顕像化させている。現像ローラを回転させるために、現像ローラの少なくとも一端には駆動部材が配置され、現像ローラの両端の支持部材が現像装置に軸受部材を介して回転可能に支持されている。このため、現像ローラの両端に配置された支持部材には、軸受部材との摩擦による摩耗の低減が求められている。

更に、感光体にトナー像を形成するためには、現像ローラに一定の電圧を印加して感光体と現像ローラとの電位差を利用するため、現像ローラには導電性も求められている。

これらを満足するために、例えば、特許文献１では、現像ローラの軸芯体としてステンレス鋼（ＳＵＳ）を用い、その上にニッケルメッキを施した支持部材が開示されている。また、この他に、軸芯体にアルミニウム合金を用い、その上に、無電解ニッケルメッキを施すことが一般的に知られている。

特開２００２−５５５２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ステンレス鋼は高価であるため現像ローラの部品コストが高くなり、更に比重が大きいため現像装置や画像形成装置の重量も重くなり、輸送等の落下対策にもコストがかかるという問題点があった。

また、現像ローラの軸芯体にアルミニウム合金を使用する場合は、アルミニウムの硬度が低いために、現像装置の軸受部材との摩擦により摩耗してしまうため、上述したように表面に無電解ニッケルメッキを施すのが一般的であるが、無電解ニッケルメッキは高価であるため、現像ローラの部品コストが高くなるという問題点があった。

上記問題点に鑑み、本発明は、安価な構成で、軸受部材との良好な耐摩耗性を有し、安定した導電性を有する回転部材を提供する。

更に、上記回転部材を現像ローラとして用いた安価で信頼性の高い現像装置及び画像形成装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、感光体に対向して配置され、前記感光体に回転しながら接触することにより、トナーを担持して前記感光体に付与する現像ローラと、前記現像ローラを回転可能に支持する軸受と、前記トナーを収納する現像ケースと、前記現像ケースから前記現像ローラに前記トナーを供給する供給ローラを有する現像装置において、前記現像ローラは、円筒形状のスリーブと、前記軸受に支持される支持部材を有し、前記支持部材は、前記スリーブと同じ金属で構成され該スリーブの両端に圧入される軸芯体と、前記軸受と摺擦する箇所を含む一部分が当該軸芯体とは異なる金属からなるフランジスリーブとで構成され、前記軸受は導電性を有するさらに異なる金属で構成され、前記現像ローラの一端から印加された電圧を前記軸受を介して前記供給ローラに印加することに一つの特徴を有する。

本発明の他の特徴は、前記円筒部材を構成する金属がステンレス鋼であり、前記軸芯体を構成する金属がアルミニウム合金であることにある。

本発明の他の特徴は、前記支持部材が、鍛造成形により製作されたことにある。

本発明の他の特徴は、感光体に対向して配置され、前記感光体に回転しながら接触することにより、トナーを担持して前記感光体に付与する現像ローラと、前記現像ローラを支持する軸受と、前記トナーを収納する現像ケースと、前記現像ケース内の前記トナーを攪拌、搬送するパドルと、前記現像ケースから前記現像ローラに前記トナーを供給する供給ローラと、前記現像ローラ上の前記トナー量を規制するためのブレードとを備える現像装置において、前記現像ローラが前記回転部材を用いたことにある。

本発明の他の特徴は、潜像を保持する感光体と、前記感光体を帯電する帯電装置と、前記感光体に露光して潜像を形成する露光装置と、前記感光体の潜像を可視像化する現像装置と、感光体上に形成されたトナー像を記録紙に転写させるための中間転写体及び転写装置と、記録紙に転写されたトナー像を定着させる定着装置とを備える画像形成装置において、前記現像装置が前記現像ローラを用いたことにある。

本発明によれば、安価な構成で、軸受部材に対して良好な耐摩耗性を有し、安定した導電性を有する回転部材を提供することができる。更に、上記回転部材を現像ローラとして用いることにより、安価で信頼性の高い現像装置及び画像形成装置を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態になる画像形成装置の概略構成図である。

画像形成装置１は、機枠体のほぼ中央部に潜像保持手段であるエンドレスの感光ベルト２を垂直方向に長く環状に設置し、この感光ベルト２を間にして、図の左側に中間転写体である転写ベルト３、転写装置１１、記録媒体７、給紙装置９及び定着装置１２を配置し、図の右側に微小着色粉体として４色の異なる色（ブラック、イエロー、マゼンタ、シアン）の非磁性一成分トナー（以下、「トナー」という）を充填した現像装置６ｋ、６ｙ、６ｍ、６ｃを配置している。

更に、現像装置６ｃの下側には感光ベルト２に潜像を形成するための露光装置５を配置し、その下側には記録媒体７を積載、収容する給紙カセット８を配置する。

更に、転写ベルト３の周囲に、転写装置１１と中間転写体清掃装置１４を配置し、感光ベルト２の周囲に帯電装置４と残像除去装置１８と感光体清掃装置１７を配置する。

感光ベルト２は駆動装置（図示せず）により矢印２０の方向に回転し、感光ベルト２の表面の感光層は帯電装置４により一様に帯電する。次に、露光装置５により、パソコンやイメージスキャナ等により作成した文字情報やイメージ等の画像情報に従ってドット単位で感光ベルト２を露光することにより、感光ベルト２の表面に静電潜像が形成される。その後、感光ベルト２上の静電潜像を現像装置６ｋ、６ｙ、６ｍ、６ｃの何れかを選択して現像することにより、選択した色のトナー像が形成される。現像しない時の現像装置６は、感光ベルト２から離反方向に付勢され、感光ベルト２にトナーなどの微小粒体が移動できない距離または位置まで退避している。

第一転写位置２１を通過した感光ベルト２は、残像消去装置１８による一様な光照射によって静電潜像が消去され、表面電位が一定レベル以下に落される。その後、第一転写で転写されずに感光ベルト２の表面に残ったトナーを感光体清掃装置１７で除去することにより、感光ベルト２の表面が清掃され、次のトナー像の形成に備える。

このようなトナー像形成および転写の１サイクルの動作を、転写ベルト３の１回転のタイミングに合わせて現像装置６ｋ、６ｙ、６ｍ、６ｃを選択的に使用して順次行うことにより、転写ベルト３上に単色トナー像を重ね合わせた複数色のカラートナー像が形成される。

用紙やＯＨＰシート等の記録媒体７は、タイミングをとって給紙装置９と用紙搬送装置１０から第二転写位置２２に供給される。第二転写位置では、転写ベルト３の表面に形成されている単色又はカラートナー像が転写装置１１により記録媒体７に転写される。

トナー像が転写された記録媒体７は、転写ベルト３から剥離され、定着装置１２によりトナー像が溶融定着され、排紙装置１３により画像形成装置１の上面の排紙トレーに排紙される。

記録媒体７へトナー像を転写した後の転写ベルト３の表面に残っている余剰トナーは中間転写体清掃装置１４により清掃され、トナー回収装置１５に回収される。清掃された転写ベルト３は、次のトナー像の転写に備える。

図２は、本発明の一実施形態になる現像装置の断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ´断面図である。現像装置６は、トナー２３を収納する現像ケース２４、現像ケース２４内のトナー２３を攪拌、搬送するパドル２５、現像ケース２４から現像ローラ２６にトナー２３を供給する供給ローラ２７、現像ローラ２６上のトナー量を規制するためのウレタンゴム製のブレード２８、現像ローラ２６を現像ケース２４に保持する軸受２９、及び、現像ローラ２６に回転を伝達するギヤ３０から構成されている。

現像ローラ２６の一端には、装置本体側に配置された板バネの電極３１により、所定の電圧が印加される。この所定の電圧は、現像ローラ２６から、軸受２９、供給電極（図示せず）を介して供給ローラ２７にも印加される。よって、軸受２９には導電性が要求されるため、軸受２９は鉄・銅の粉末合金の焼結部品で構成されている。

図４は、本発明の一実施例になる現像ローラの断面図である。現像ローラ２６は、アルミニウム合金製で円筒形状をしたスリーブ３２を有し、スリーブ３２の両端には、軸芯体となるフランジ３３、３４が圧入されている。スリーブ３２は、ブレード２８と摺擦することにより、トナー２３に所定の帯電を付与するため、表面をブラストにより所定の荒さとしている。フランジ３３、３４の材質は、スリーブ３２と同じアルミニウム合金である。これは、現像ローラ２６の製造工程において、フランジ３３、３４をスリーブ３２に圧入した後に、洗浄等により高温となることから、この高温時に、スリーブ３２とフランジ３３、３４との熱膨張差によるフランジ３３、３４の抜けを防止するためである。

また、フランジ３３の端部には、画像形成装置１本体側に配置された電極３１と接触するための、凸部３３ａが設けられている。凸部３３ａの材質は、磨耗性の観点から、ステンレス製の電極３１より磨耗しやすい材質である必要がある。これは、現像装置６が消耗品であり、１台の画像形成装置１に対し、複数回交換して使用されるためである。本実施例では、凸部３３ａの材質は、フランジ３３の材質と同じアルミニウム合金製である。

フランジ３３、３４の長手方向のうち、軸受２９に支持されて摺擦する箇所を含む一部分には、円筒部材であるフランジスリーブ３５がフランジ３３、３４に被覆されている。ここで、支持部材とは、上述したように、フランジスリーブ３５が部分的に被覆され、フランジ３３、３４と一体となったものをいう。

図５は、実施例１の支持部材の製作工程を示す図である。フランジ３３、３４は、鍛造成形による工程で製作される。図５（ａ）に示す工程では、フランジ３３（３４）は、所定の太さより細い形状に製作される。次に、図５（ｂ）に示す工程では、ステンレス鋼からなるフランジスリーブ３５が、所定の太さより細い形状のフランジ３３（３４）に挿入される。図５（ｂ）に示す一点鎖線は鍛造金型の概要である。次に、図５（ｃ）に示す工程では、矢印で示した方向に外部より鍛造金型に衝撃を与えて、フランジ３３（３４）を再度鍛造する。これにより、フランジ３３（３４）は金型形状にならい、潰され且つ膨らみ形状が形成され、所定の太さになる。また、図５（ｃ）に示す鍛造工程では、フランジスリーブ３５の内面に圧力が加わることにより、フランジスリーブ３５がフランジ３３（３４）に強固に固定され、フランジスリーブ３５が空転しないようになる。このようにして、フランジ３３（３４）とフランジスリーブ３５とが一体になった支持部材ができあがる。

従来のステンレス鋼にニッケルメッキを施した支持部材や、アルミニウム合金に無電解ニッケルメッキを施した支持部材から構成される現像ローラに比べて、安価に、簡易に現像ローラを製造することが可能になる。

図６は、円筒部材であるフランジスリーブの他の実施例を示す図である。フランジスリーブ３５の空転防止を更に確実にするために、フランジスリーブ３５に加工を加えたものである。図６（ａ）、（ｂ）に示すフランジスリーブ３５ａ、３５ｂは、フランジスリーブ３５の内径を円形以外の形状にしたものであり、図６（ｃ）に示すフランジスリーブ３５ｃは、フランジスリーブ３５の両端に凹形状のような切り欠き３６を入れたものである。切り欠き３６を入れることにより、切り欠き３６の部分に鍛造成形によりフランジを構成する金属が満たされるため、切り欠き３６の厚みにより、フランジスリーブ３５ｃの空転を更に防止することができる。また、図６（ａ）、（ｂ）に示すフランジスリーブ３５ａ、３５ｂ以外にも、フランジスリーブの空転を阻止するような力が働く形状であればよく、図６（ｃ）に示したフランジスリーブ３５ｃでは一端に切り欠きを入れてもよい。このようにすることにより、フランジスリーブ３５ａ、３５ｂ、３５ｃとフランジ３３、３４との間の結合力が増し、フランジスリーブ３５ａ、３５ｂ、３５ｃの空転防止を更に高めることができる。

なお、実施例１の現像ローラでは、支持部材は、鍛造成形にて製作しているが、アルミダイキャストでも同様の効果が得られる。

鉄・銅の粉末合金の焼結部品である軸受２９の硬度は、ビッカース硬度Ｈｖ５０程度である。このため、軸受２９に対して良好な耐摩耗性を有するためには、軸受２９と摺擦する部分の硬度は軸受２９の硬度の３倍程度であるビッカース硬度Ｈｖ１５０が必要になる。これは、アルミニウム合金の硬度はビッカース硬度Ｈｖ１００程度であるため、アルミニウム合金のみでフランジを構成した場合は、磨耗が早くなり、現像装置の寿命に対する影響が大きくなるからである。実施例１の現像ローラでは、軸受２９と摺擦する部分に使用しているフランジスリーブ３５は、ステンレス鋼でできており、ビッカース硬度はＨｖ２００と硬度が高いため、軸受２９に対して良好な耐摩耗性を有している。

図７は、実施例１の支持部材の摩耗特性評価結果を示す図である。この評価試験では、３種類の現像ローラの支持部材のうち、軸受と回転しながら摺擦する部分の金属の磨耗量（ｍｍ）を評価している。即ち、従来のアルミニウム合金に、摺擦する部分に無電解ニッケルメッキを施したもの、従来のアルミニウム合金のみのもの、及び、実施例１のアルミニウム合金にステンレス鋼のフランジスリーブを被覆したものの３種類である。これらの支持部材を有する３種類の現像ローラを各々現像装置に実装し、現像装置の所定稼働時間の１０倍の稼働時間において、所定の回転速度で稼動させたものである。なお、現像装置における軸受部材は鉄・銅の粉末合金の焼結部品であり、ビッカース硬度でＨｖ５０程度のものを用いている。図７に示すように、実施例１のアルミニウム合金にステンレス鋼のフランジスリーブを被覆したものとアルミニウム合金に無電解ニッケルメッキを施したものが略同程度の磨耗量（ｍｍ）を示し、ビッカース硬度Ｈｖ１００程度のアルミニウム合金のみのものに比べて非常に少ない磨耗量を示しており、良好な耐摩耗性を有していることがわかる。さらに、磨耗による現像装置としての不具合は発生しなかった。なお、磨耗量（ｍｍ）は、表面粗さ測定器又は外形測定器を用いることにより、軸受２９との摺擦部と、非摺擦部との差（ｍｍ）を表現したものである。

また、現像ローラ２６が軸受２９に支持されて回転するため、この回転時の摩擦熱により、現像ローラ２６の軸受２９に支持される部分のフランジ３３、３４及びフランジスリーブ３５は温度上昇する。図６に示すようなフランジスリーブの更なる空転防止処理を施していない場合は、この温度上昇により、フランジスリーブ３５とフランジ３３、３４の固定力が低下しないように、フランジ３３、３４の熱膨張係数は、フランジスリーブ３５の熱膨張係数より大きくする必要がある。実施例１の場合、フランジ３３、３４の材質であるアルミニウム合金の熱膨張係数が２３×１０^−６／Ｋであり、フランジスリーブ３５の材質であるステンレス鋼の熱膨張係数が１７×１０^−６／Ｋであり、フランジ３３、３４がフランジスリーブ３５より熱膨張係数が大きいため、摩擦熱によるフランジスリーブ３５の固定力低下は発生しない。

以上説明したように、軸受２９に支持されて回転する現像ローラ２６の支持部材を、２種類の異種金属であるアルミニウム合金からなるフランジ３３、３４にステンレス鋼からなるフランジスリーブ３５を鍛造成形で部分的に被覆することにより、安価な構成で、軸受部材との良好な耐摩耗性を有し、安定した導電性を有する現像ローラを実現できる。更に、それを現像装置及び画像形成装置に用いることにより、現像ローラと感光ベルトとの間で所定の接触圧を確保することができるため、安定した画質を提供でき高い信頼性を実現できる。また、フランジ３３、３４は、アルミニウム合金であるため、重量も軽く、それを用いた現像装置及び画像形成装置の輸送コストも低減できる。

なお、本実施形態では、本発明による回転部材を現像ローラとして、現像装置及び画像形成装置に用いた例を記載したが、軸受に支持されて回転する回転部材であれば、現像ローラ以外の用途に用いて同様の効果を得ることは可能である。更に、本発明による回転部材を現像装置及び画像形成装置以外の他の装置に用いても同様の効果を得ることは可能である。

本発明の一実施形態になる画像形成装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態になる現像装置の断面図である。 図２のＡ−Ａ´断面図である。 本発明の一実施例になる現像ローラの断面図である。 実施例１の支持部材の製作工程を示す図である。 円筒部材であるフランジスリーブの他の実施例を示す図である。 実施例１の支持部材の摩耗特性評価結果を示す図である。

符号の説明

１…画像形成装置、２…感光ベルト、３…転写ベルト、４…帯電装置、５…露光装置、６，６ｋ，６ｙ，６ｍ，６ｃ…現像装置、７…記録媒体、８…給紙カセット、９…給紙装置、１０…用紙搬送装置、１１…転写装置、１２…定着装置、１３…排紙装置、１４…中間転写体清掃装置、１５…トナー回収装置、１７…感光体清掃装置、１８…残像除去装置、２３…トナー、２４…現像ケース、２５…パドル、２６…現像ローラ、２７…供給ローラ、２８…ブレード、２９…軸受、３０…ギヤ、３１…電極、３２…スリーブ、３３，３４…フランジ、３５，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ…フランジスリーブ、３６…切り欠き。

Claims (6)

1. 感光体に対向して配置され、前記感光体に回転しながら接触することにより、トナーを担持して前記感光体に付与する現像ローラと、前記現像ローラを回転可能に支持する軸受と、前記トナーを収納する現像ケースと、前記現像ケースから前記現像ローラに前記トナーを供給する供給ローラを有する現像装置において、
   前記現像ローラは、円筒形状のスリーブと、前記軸受に支持される支持部材を有し、前記支持部材は、前記スリーブと同じ金属で構成され該スリーブの両端に圧入される軸芯体と、前記軸受と摺擦する箇所を含む一部分が当該軸芯体とは異なる金属からなるフランジスリーブとで構成され、前記軸受は導電性を有するさらに異なる金属で構成され、前記現像ローラの一端から印加された電圧を前記軸受を介して前記供給ローラに印加することを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において、
   前記フランジスリーブを構成する金属はステンレス鋼であり、前記軸芯体を構成する金属はアルミニウム合金であり、前記軸受を構成する金属は鉄・銅の粉末合金であることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１、２のいずれか一項に記載の現像装置において、
   前記軸芯体は、所定の太さより細い形状に鍛造成形され、前記フランジスリーブが前記軸受と摺擦する箇所に挿入され再び鍛造成形されることを特徴とする現像装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の現像装置において、
   前記フランジスリーブの内径を円形ではなく多角形の形状としたことを特徴とする現像装置。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の現像装置において、
   前記フランジスリーブの両端に切り欠きを設けた形状としたことを特徴とする現像装置。
6. 請求項l〜５のいずれか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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