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発明の名称 電子写真画像形成装置及び現像装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−174820
公開日 平成11年(1999)7月2日
出願番号 特願平9−361796
出願日 平成9年(1997)12月10日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】新井 一郎
発明者 木村 茂雄
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 電子写真感光体ドラムと該電子写真感光体ドラムを加温するヒータと、該電子写真感光体ドラムに対向して非接触で近接配置された現像剤担持体を有する現像装置を有する電子写真画像形成装置において、該現像剤担持体の少なくとも一部は内部に空洞を有さない円柱状の金属を有することを特徴とする電子写真画像形成装置。
【請求項2】 内部に空洞を有さない部分はほぼ画像形成領域の長さを有し、画像形成領域に対応して設けられている請求項1に記載の電子写真画像形成装置。
【請求項3】 現像剤担持体の全長にわたり空洞を有しない請求項1に記載の電子写真画像形成装置。
【請求項4】 現像剤担持体がステンレス鋼製である請求項1から3の何れか1つに記載の電子写真画像形成装置。
【請求項5】 現像装置は、現像剤担持体に接触する現像剤規制手段を有する請求項1に記載の電子写真画像形成装置。
【請求項6】 現像装置は、現像剤担持体に接触する現像剤供給ローラを有する請求項1又は5に記載の電子写真画像形成装置。
【請求項7】 電子写真感光体ドラムと該電子写真感光体ドラムを加温するヒータと、該電子写真感光体ドラムに対向して非接触で近接配置された現像剤担持体を有する現像装置を有する電子写真画像形成装置において、該現像剤担持体の少くとも一部は円筒状金属スリーブの内部に該金属スリーブよりも熱伝導率が高い材質の部材を詰めた構成であることを特徴とする電子写真画像形成装置。
【請求項8】 熱伝導率が高い材質の部材はほぼ画像形成領域の長さを有し、画像形成領域に対応して設けられている請求項7に記載の電子写真画像形成装置。
【請求項9】 熱伝導率が高い材質の部材は現像剤担持体の全長にわたり配設されている請求項7に記載の電子写真画像形成装置。
【請求項10】 円筒状金属スリーブはステンレス鋼製、熱伝導率の高い材質の部材はアルミニウム製である請求項7から9の何れか1つに記載の電子写真画像形成装置。
【請求項11】 熱伝導率の高い材質の部材は金属スリーブの円周と間をおいて配設された熱伝導率の高い固体の中心部材と、金属スリーブと中心材間を充填する熱伝導率の高い充填部材である請求項7に記載の電子写真画像形成装置。
【請求項12】 固体がアルミニウムである請求項11に記載の電子写真画像形成装置。
【請求項13】 充填部材が固体である請求項11又は12に記載の電子写真画像形成装置。
【請求項14】 充填部材が熱伝導性流体である請求項11又は12に記載の電子写真画像形成装置。
【請求項15】 充填部材が接着剤である請求項13に記載の電子写真画像形成装置。
【請求項16】 充填部材が、熱伝導性オイルコンパウンドである請求項14に記載の電子写真画像形成装置。
【請求項17】 現像装置は、現像剤担持体に接触する現像剤規制手段を有する請求項7に記載の電子写真画像形成装置。
【請求項18】 現像装置は現像剤担持体に接触する現像剤供給ローラを有する請求項7又は11に記載の電子写真画像形成装置。
【請求項19】 ヒータを有する電子写真感光体ドラム上に形成された潜像を現像剤を用いて現像するための現像装置において、電子写真感光体ドラムと微小間隙をおいて配設された現像剤担持体は少くとも一部に内部に空洞を有さない円柱状の金属を有することを特徴とする現像装置。
【請求項20】 ヒータを有する電子写真感光体ドラム上に形成された潜像を現像剤を用いて現像するための現像装置において、電子写真感光体ドラムと微小間隙をおいて配設された現像剤担持体は現像剤担持体の少くとも一部は円筒状金属スリーブの内部に該金属スリーブよりも熱伝導率が高い材質の部材を詰めた構成であることを特徴とする現像装置。
【請求項21】 熱伝導率の高い材質の部材は金属スリーブの内周と間をおいて配設された熱伝導率の高い固体の中心部材と、金属スリーブと中心部材間を充填する熱伝導率の高い充填部材である請求項20に記載の電子写真画像形成装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子写真方式を用いる複写機、プリンター等の電子写真画像形成装置及び現像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電子写真方式の画像形成装置において、静電潜像が形成される感光ドラムには、ヒータを内蔵したものがある。これは、低温下では感光ドラムの表面に空気中の水分が結露して画像流れ等の画像不良を起こしてしまう場合があることから、感光ドラムを所定の温度(40℃程度)に加熱してこれを防止するためである。また、感光ドラムの感度を高めたり、表面電位を安定させるためにも、ヒータが用いられている。
【0003】特に、感光ドラムとしてアモルファスシリコンを用いた場合、このような問題が生じやすくヒータを内蔵するのが一般的である。
【0004】一方、回転駆動される感光ドラム上に形成された静電潜像を現像する現像装置としては、感光ドラム(像担持体)に一定の間隙(1μm〜400μm)をおいて対向するように、現像剤担持体(現像ローラ)を配設し、電界によりトナーを感光ドラム上に移行させる非接触一成分現像方式がある。
【0005】一般に現像ローラは、静電潜像を現像するとき(以下、現像時とする)に回転駆動されるように構成されている。また、現像ローラには現像バイアス(AC電圧、または、AC電圧にDC電圧を重畳したもの)が印加されるようになっており、現像ローラ上に付着しているトナーを感光ドラム上に移行させるようになっている。なお、かかる現像ローラは感光ドラムとは接触しておらず、トナーは電気的に感光ドラム上に移行されるため、トナーは、感光ドラムの静電潜像にのみ付着し、静電潜像が形成されていない部分には付着しない。
【0006】又、非接触一成分現像方式にはトナーとして磁性トナーを使用し、現像ローラ内に磁石を設けて、磁力により現像ローラ上にトナーを担持し、現像ローラの回転によりトナーを搬送する方式と非磁性トナーを使用し、摩擦帯電により電荷を付与されたトナーを電気的付着力で現像ローラ上に付着し、トナーを搬送する方式がある。カラー画像等の有彩色画像を形成する場合、一般には後者の非磁性トナーを用いた非磁性一成分現像方式が用いられる。
【0007】この装置は例えば、特開昭54−43038号公報に示されるような装置が挙げられる。この装置は、現像剤規制手段たるゴムもしくは金属の弾性ブレードを現像剤担持体たる現像ローラに当接させ、その当接部から現像剤を進入通過させることによって現像ローラ上にトナー薄層を形成し、かつ当接部において摩擦帯電による電荷をトナーに付与するものである。
【0008】又、非磁性トナーを使用するには新たに機械的な供給手段を必要とすることがある。
【0009】供給手段としては例えば弾性ブレードと現像ローラの当接部よりも現像ローラ回転方向上流側に、現像剤供給剥離手段たる供給ローラを現像ローラと接触するように配置し、現像ローラへのトナー供給及び現像ローラ上の未現像トナーの剥ぎ取りを行う方法がある。
【0010】ところで、このような非接触現像装置において現像剤担持体として、一般にはアルミニウムやステンレス等の金属からなる円筒状のスリーブの表面に微小な凹凸を形成したものを用いることが多い。
【0011】又現像ローラは、画像形成のプロセススピードが速い装置においては外径の大きな例えばφ20mm以上のものを用い、回転速度を小さくするようにするのが一般である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術によると、現像を行わない非現像時には、現像ローラは回転駆動されず、かつ感光ドラムはヒータにより加熱されている。したがって、現像ローラの感光ドラムに対向する側がその熱を受けて熱膨張し、その反対側は熱膨張しないため、現像ローラに熱変形が生じてしまう場合がある。この熱変形が生じる様子を、図5に沿って説明する。
【0013】図5(a)は、現像ローラが熱変形を起こしていない状態(加熱前)を示しており、図中の感光ドラム3内にはヒータ14が配設されている。また、感光ドラム3に対向して現像ローラ23が配設されている。現像ローラ23が、回転していないとき(非現像時)に感光ドラム3のヒータ14からの輻射熱を受けると、現像ローラ23は図5(b)に示すように変形する。これは、金属でできた現像ローラ23の、感光ドラム3に対向する側が軸方向(図中の矢印Aの方向)に熱膨張し、輻射熱を受けない反対側は熱膨張しないからである。
【0014】感光ドラム3上に形成された静電潜像を現像するときには現像ローラ23は図中矢印Bで示すように回転駆動されるが、上述したように現像ローラ23が変形している場合は、感光ドラム3と現像ローラ23との隙間xは現像ローラ23の回転に伴って変動する。
【0015】そして、隙間Xが変動すると、現像電界が変動し、トナーの移行量が変わり、その結果、間隙Xが大のときは濃度が低くなると共に、間隙Xが小のときは濃度が高くなる。したがって、感光ドラム3上で現像された画像は、図5(c)に示すように濃度ムラのあるものとなってしまう。この濃度ムラは、現像ローラ23が停止している時間が長い程、また、現像ローラ23を起動した直後に画像形成したものほど顕著である。
【0016】ちなみに発明者らが以下の条件でシュミレーションをしたところ現像ローラ23を5分停止したときの現像ローラ23表面の温度は感光ドラム3側が40℃、反対側が25℃となり、この現像ローラ23の回転を始めたときの最大間隙はXmax=210μm、最小間隙Xmin=170μmでありXmax−Xmin差は40μmであった。
【0017】(シュミレーション条件)
スリーブ材質 SUSスリーブ材質 径 φ25mm 厚み1.0mm感光体温度 45℃初期間隙 X 200μm本発明はヒータを有する電子写真感光体ドラム上の潜像を現像剤担持体により現像する現像装置及びこの現像装置を有する電子写真画像形成装置において、前記ヒータによる現像剤担持体の熱変形を抑制できる現像剤担持体を有する現像装置及びこの現像装置を有する電子写真画像形成装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段および作用】本発明は上述事情に鑑みなされたものであって、電子写真感光体ドラムと該電子写真感光体ドラムを加温するヒータと、該電子写真感光体ドラムに対向して非接触で近接配置された現像剤担持体を有する現像装置を有する画像形成装置において、現像剤担持体として内部に空洞のない円柱状の金属ローラを用いることで非現像時に現像剤担持体の回転を停止し、現像剤担持体が電子写真感光体ドラムからの熱を受けても内部に空気層がないので■ 現像剤担持体の電子写真感光体ドラムに対向する側からその反対側へ内部を伝わって熱が伝わるので電子写真感光体ドラムに対向する側と反対側間に大きな温度差が生じない。
■ 現像剤担持体の熱容量が大きいので昇温しにくい。
■ 現像剤担持体の剛性が強い。
【0019】これらの効果により、現像剤担持体の変形をきわめて小さくできるので濃度のムラを防ぐことができる。
【0020】又は円筒状の金属スリーブの内部に空気層をきわめて小さくなるように前記金属よりも熱伝導率の良い材料を詰めた現像剤担持体を用いることで、より効果を上げることができる。
【0021】特に現像剤担持体の径が大きい装置においては現像剤担持体の感光体側と反対側の温度差が大きくなるため、変形が大きくなり濃度のムラが生じやすいので本発明の効果が大きい。
【0022】かかる主要な本発明を請求項と同番号を付して示すと以下のとおりである。
【0023】本出願に係る第1の発明は電子写真感光体ドラムと該電子写真感光体ドラムを加温するヒータと、該電子写真感光体ドラムに対向して非接触で近接配置された現像剤担持体を有する現像装置を有する電子写真画像形成装置において、該現像剤担持体の少なくとも一部は内部に空洞を有さない円柱状の金属を有することを特徴とする電子写真画像形成装置である。
【0024】本出願に係る第7の発明は電子写真感光体ドラムと該電子写真感光体ドラムを加温するヒータと、該電子写真感光体ドラムに対向して非接触で近接配置された現像剤担持体を有する現像装置を有する電子写真画像形成装置において、該現像剤担持体の少くとも一部は円筒状金属スリーブの内部に該金属スリーブよりも熱伝導率が高い材質の部材を詰めた構成であることを特徴とする電子写真画像形成装置である。
【0025】本出願に係る第19の発明はヒータを有する電子写真感光体ドラム上に形成された潜像を現像剤を用いて現像するための現像装置において、電子写真感光体ドラムと微小間隙をおいて配設された現像剤担持体は少くとも一部に内部に空洞を有さない円柱状の金属を有することを特徴とする現像装置である。
【0026】本出願に係る第20の発明はヒータを有する電子写真感光体ドラム上に形成された潜像を現像剤を用いて現像するための現像装置において、電子写真感光体ドラムと微小間隙をおいて配設された現像剤担持体は現像剤担持体の少くとも一部は円筒状金属スリーブの内部に該金属スリーブよりも熱伝導率が高い材質の部材を詰めた構成であることを特徴とする現像装置である。
【0027】
【発明の実施の形態】(実施の形態1)図1に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
【0028】図1は、本実施の形態1に係る現像装置が用いられる電子写真画像形成装置の構造を示したものである。この画像形成装置の本体には、回転駆動される感光ドラム(像担持体)3が回転自在に支持されており、感光ドラム3にはヒータ14が内蔵されており、感光体は約45℃に保たれている。又、感光ドラム3の周りには、順に、感光ドラム3の表面を一様な電位に帯電する1次帯電装置4、感光ドラム3上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置6、記録媒体Pにトナー像を転写した後除電する転写分離装置7、転写されずに感光ドラム3上に残留したトナーを除去するクリーニング装置8、等が配設されている。
【0029】又、感光ドラム3の上方には、光学走査装置である原稿読み取り装置である原稿読み取り部1が配設されており、原稿に照射した光を感光ドラム3上(1次帯電装置4の下流側)に反射させ、感光ドラム3上に静電潜像を形成するようになっている。
【0030】この画像形成装置の作用は、光学走査装置である原稿読み取り部1の最上部のガラス製の原稿台上に載置された原稿は原稿読み取り部1により読み取られて図示矢印方向に回転し、1次帯電装置4でもって一様に帯電された感光ドラム3上に窓5を通じて結像させ感光ドラム3上に静電潜像を形成する。つづいて、感光ドラム3上の静電潜像は現像装置6の位置においてトナーを用いて現像される。一方、給紙カセット9に収納され送り出されてレジストローラ10で待機していた記録媒体Pは現像された像とタイミングを併せて転写分離装置7によりトナーと逆極性の電荷を背面から加えられて前記現像された像を転写される。転写後分離されて搬送ベルト11でもって定着装置12へ送られる。定着装置12で熱と圧力を加えられて未定着現像像は記録媒体P上に定着され、排紙トレー13へ送り出される。なお、現像装置6内へのトナー補給はトナーホッパー2に充填するトナーを用いる。
【0031】図2に示すように、上記感光ドラム3には現像装置6が対向配設されており、該現像装置6は、現像剤供給容器(以下単に容器と記す)22と、現像剤担持体としての現像ローラ23と、現像剤規制手段たる弾性ブレード24と、現像剤供給剥離手段たる供給ローラ25と、現像剤搬送手段たるトナー送り部材26とを備えている。現像剤27としては非磁性一成分トナーを用いている。
【0032】供給ローラ25は現像ローラ23と供給ローラ25との摺擦部Sで摺擦回転するように配設されている。上記供給ローラ25は上記現像ローラ23と同方向に回転して現像剤27を該現像ローラ23へと供給すると共に該現像ローラ23と弾性接触することによって該現像ローラ23上のトナーを剥離する。
【0033】上記供給ローラ25と上記現像ローラ23との摺擦部Sよりも該現像ローラ23の回転方向下流側には、弾性ブレード24の自由端が上記現像ローラ23に当接部Tで当接配置されており、該当接部Tにおいて上記現像ローラ23上の現像剤27の通過を規制し、現像ローラ23上に担持される現像剤27の層厚を所定の厚さ、例えば約30μmの薄層に規定するようにしている。現像ローラ23は矢印B方向に回転し所定の厚みの現像剤層は、感光ドラム3と最も近ずく現像領域Dに搬送され、感光ドラム3と現像ローラ23の間に電源28により印加されたバイアスにより、感光ドラム3上の静電潜像に転移される。
【0034】本装置においては、現像領域の感光ドラム3と現像ローラ23の最近接部の間隙は200μmとなるように配置されており、前記バイアスとしては直流に交流電流を重畳したバイアスを印加している。
【0035】ここで本実施の形態の具体例の現像ローラ23としてはステンレス鋼からなる内部に空洞を有さない外径φ25mmの円柱状のローラの表面にトナーの保持を確実にするために0.5〜5μmのピッチの凹凸が形成されている。
【0036】この内部に空洞を有さない部分は少くとも画像形成領域A(図3、図4参照)の長さを有する。従って空洞を有さない部分は現像ローラ23の全長にわたってもよく、こうすると現像ローラ23内の温度差は小さくなる。ただし現像ローラ23は両端が現像剤供給容器22に回転自在に支持されているので、両端部の形状によっては、両端部側を除いて中実のローラとしてもよい。
【0037】このような内部に空気層のない現像ローラ23を用いることで非現像時に現像ローラ23を停止して、感光ドラム3の熱を受けても現像ローラ23の感光体側と、反対側の温度差が大きくならないので現像ローラ23の変形はきわめて小さく記録媒体P上の画像に濃度ムラが生じることはなかった。
【0038】前述したシュミレーションと同じ条件で本実施の形態の中洞のない現像ローラ23でシュミレーションしたところ停止時間を長くしても、現像ローラ23の感光体側と、反対側の温度差は5℃以下であった。又このときの変形は殆んど生じなかった。
【0039】なお、現像ローラ23の材料としてステンレスより熱伝導度の良いアルミニウムや銅を用いると、より温度差は小さくなり、より効果がある。但し本実施の形態のように弾性ブレード24や供給ローラ25等が現像ローラ23に摺擦する現像装置6においては、長期使用により表面に形成した前述の凹凸が摩耗し現像剤の搬送力、保持力が低減し、現像剤層厚が小さくなってしまうという問題が生じることがあり、ステンレスやニッケルのように硬度の高い材料を用いる方が好ましい。
【0040】(他の実施の形態)前記実施の形態1では空洞を有さないステンレスからなる現像ローラを用いたが、ステンレスより熱伝導率の良い材質を用いると、より効果がある。
【0041】例えば、アルミニウムはステンレスより10倍以上熱伝導率が良く、又比重も軽い。但し、このように熱伝導率の良い材料は柔らかく摩耗しやすいものが多い。
【0042】本実施の形態はこれらの点に注目して、図3に示すように、現像ローラ23として外径φ25mm厚みt=1.0mmのステンレスからなる円筒状のスリーブ31の中に外径φ23mmのアルミニウムからなる円柱状の棒32を入れ中実とした剛性のものを用いている。この場合も、棒32の長さは少くとも画像形成領域Aの長さであり,スリーブ31のほぼ全長にわたり図3のように棒32を設ける。
【0043】このような構成にすることでシュミレーションによると現像ローラ23を停止しても、現像ローラ23の感光ドラム3に対向する側とその反対側間に温度差は1℃以下となる。
【0044】又現像ローラ23のスリーブ31の凹凸を形成した表面はスリーブ31がステンレスからなるので、アルミニウムのように弾性ブレード24や供給ローラ25の摺擦により摩耗し、トナーの搬送力が低減するのを防ぐことができる。
【0045】又、現像ローラ23の重さが円柱状のステンレスからなる現像ローラ23よりも軽いので支持する現像装置6の容器22の強度を強くする必要がなく、現像装置6の小型化が可能となる。
【0046】ここで、円筒状のステンレススリーブ31の内面と、円柱状のアルミニウム棒32はできるだけ密着するように精度良く加工するのが熱伝導を良くするために好ましい。しかし密着が不十分ですき間ができてしまう場合は、スリーブ31と円柱状の棒32との間に熱伝導性流体を介在させたり、図4に示すように熱伝導性の接着剤33を介在させ固化させる等の方法により空気層ができないようにするのが好ましい。熱伝導性流体としては、トーレシリコーン(会社名)製のオイルコンパウンドSH340(商品識別記号)等熱伝導性の接着剤としては、トーレシリコーン(会社名)製の放電用シリコーンSE4420(商品識別記号)等が用いられる。
【0047】この場合も、接着剤33、熱伝導性流体等は画像形成領域Aを越えるようにすることが望ましい。
【0048】なお、図3、図4においてスリーブ31の両端には軸付フランジ29が固定されている。この軸付フランジ29は現像剤供給容器22に回転自在に支持されている。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、電子写真感光体ドラムと該電子写真感光体ドラムを加温するヒータと、該電子写真感光体ドラムに対向して非接触で近接配置された現像剤担持体を有する現像装置を有する電子写真画像形成装置において、現像剤担持体として、内部に空洞のない円柱状の金属を用いる。又は円筒状金属スリーブの内部に前記金属スリーブよりも熱伝導率の良い材料を詰めた現像剤担持体を用いることで、現像剤担持体の電子写真感光体ドラムからの熱を受ける電子写真感光体ドラムと対向する側とその反対側間とで温度差に基ずく熱変形が生じるのを低減し、濃度ムラが生じるのを防止することができる。




 

 


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