(57)【要約】【課題】  現像剤担持体の平均速度を一定に維持し、現像濃度の変動を抑制することができる画像形成装置を簡易な構成で安価に提供する。【解決手段】  一様帯電後に像光が照射され、その表面に静電潜像が形成される回転自在に形成された静電潜像担持体２１と、この静電潜像担持体２１と対向して配設され、現像剤を所定の現像領域に担持搬送する回転自在に形成された現像剤担持体３２と、該現像剤担持体３２を駆動する駆動手段Ｄとを備えた画像形成装置において、前記静電潜像担持体２１と前記現像剤担持体３２との見かけの噛み合いピッチＰを、Ｐ＝Ｖ／ｆ（ここで、Ｖ：静電潜像担持体の表面速度、ｆ：駆動手段を構成する動力伝達部の噛み合い周波数）とし、現像領域幅をＬとしたときに、Ｌ／Ｐが略整数となるように構成されていることを特徴とする。【選択図】          図２
2006195304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一様帯電後に像光が照射され、その表面に静電潜像が形成される回転自在に形成された静電潜像担持体と、この静電潜像担持体と対向して配設され、現像剤を所定の現像領域に担持搬送する回転自在に形成された現像剤担持体と、該現像剤担持体を駆動する駆動手段とを備えた画像形成装置において、
前記静電潜像担持体と前記現像剤担持体との見かけの噛み合いピッチＰを、Ｐ＝Ｖ／ｆ（ここで、Ｖ：静電潜像担持体の表面速度、ｆ：駆動手段を構成する動力伝達部の噛み合い周波数）とし、現像領域幅をＬとしたときに、Ｌ／Ｐが略整数となるように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
Ｌ≧２ｘＰとなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、単一の噛み合い周波数を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、複数の噛み合い周波数を有し、該複数の噛み合い周波数に対応する複数の見かけの噛み合いピッチの最小公倍数の略整数倍が現像領域幅Ｌであることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記駆動手段と前記現像剤担持体とは、カップリング部材により接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式や静電記録方式を適用したプリンタや複写機等の画像形成装置に関し、特に、現像剤担持体の速度変動を抑制するための静電潜像担持体と現像剤担持体との構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００１−２９０３６５号公報
【特許文献２】特開２０００−３１５０１３号公報
【０００３】
従来、電子写真方式や静電記録方式を用いたプリンタや、複写機などの画像形成装置においては、静電潜像担持体上に画像露光を施して、画像情報に応じた静電潜像を形成し、この静電潜像を現像器によって可視像化し、可視像化されたトナー像を転写材上に転写・定着することにより画像を形成するようになっている。
【０００４】
ここで、静電潜像担持体（例えば、感光ドラム）上に形成された静電潜像の可視像化は、感光ドラムに近接配置され、回転自在に形成された現像剤担持体（例えば、現像ロール）により、撹拌調整された現像剤を感光ドラムと対向する現像領域に担持搬送し、現像剤中のトナーを感光ドラム上の静電潜像に転移させることによって行なわれる。
【０００５】
この種の画像形成装置においては、現像時に現像ロールの回転速度に変動が生じると、濃度ムラが発生してしまう。すなわち、現像ロールに速度変動が生じると現像領域に供給される現像剤量に変動が生じ、これにより感光ドラム上のトナー量に粗密が発生して濃淡ムラが生じてしまう。
【０００６】
このような現像ロールの速度変動に伴う濃度ムラを抑制する技術的手段として、種々の提案がなされている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００７】
例えば、特許文献１では、現像ロールの駆動ギアの２次ピッチの振動周波数よりも、ＡＣバイアス電圧の周波数を大きくすることにより、駆動ギアの噛合い変動による濃度ムラを低減する画像形成装置が提案されている。
【０００８】
また、特許文献２では、感光ドラムの周速度（表面速度）と、現像ロールの回転周波数及び駆動ギアの歯数との関係を実験的に定義した画像形成装置が提案されている。具体的には、画像上のギアピッチ（感光ドラムと現像ロールとの見かけの噛み合いピッチ）を０．７以下にすることにより、現像ロールの速度変動に起因する濃度変動を抑制する画像形成装置が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した先行技術においては、以下のような問題点を有していた。
【００１０】
すなわち、特許文献１に開示された先行技術においては、駆動ギアの噛み合い変動のピッチと現領域幅との大小関係によっては、濃度ムラが発生してしまうという問題が生じていた。
【００１１】
また、特許文献２に開示された先行技術においては、現像領域幅と画像上のギアピッチとの関係によっては現像剤担持体の平均速度が変動し、特に、近年の機器小型化に伴う静電潜像担持体の小型化によって現像領域幅が狭くなった場合には、現像剤担持体の平均速度が変動し、濃度ムラが発生し易いという問題が生じていた。
【００１２】
そこで、本発明は上述のような従来技術の問題点に鑑みて、現像剤担持体の平均速度を一定に維持し、現像濃度の変動を抑制することができる画像形成装置を簡易な構成で安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、一様帯電後に像光が照射され、その表面に静電潜像が形成される回転自在に形成された静電潜像担持体と、この静電潜像担持体と対向して配設され、現像剤を所定の現像領域に担持搬送する回転自在に形成された現像剤担持体と、該現像剤担持体を駆動する駆動手段とを備えた画像形成装置において、前記静電潜像担持体と前記現像剤担持体との見かけの噛み合いピッチＰを、Ｐ＝Ｖ／ｆ（ここで、Ｖ：静電潜像担持体の表面速度、ｆ：駆動手段を構成する動力伝達部の噛み合い周波数）とし、現像領域幅をＬとしたときに、Ｌ／Ｐが略整数となるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
ここで、噛み合い周波数ｆとは、駆動手段を構成するギアやベルトを含む駆動系で発生している回転速度変動の周期の逆数をいう。
【００１５】
このように構成した本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体と、現像剤担持体と、該現像剤担持体を駆動する駆動手段とを備えた画像形成装置において、静電潜像担持体と現像剤担持体との見かけの噛み合いピッチＰを、Ｐ＝Ｖ／ｆ（ここで、Ｖ：静電潜像担持体の表面速度、ｆ：駆動手段を構成する動力伝達部の噛み合い周波数）とし、現像領域幅をＬとしたときに、Ｌ／Ｐが略整数となるように構成されているので、現像剤担持体の回転速度変動を安定して抑制することができる画像形成装置を簡易な構成で安価に実現することができる。
【００１６】
ここで、Ｌ≧２ｘＰとなるように構成されていてもよい。
【００１７】
このように構成した場合には、製作誤差等に基づく速度変動の影響をより一層軽減することができる画像形成装置を容易に実現することができる。
【００１８】
また、前記駆動手段は、単一の噛み合い周波数を有してもよい。
【００１９】
このように構成した場合には、駆動手段が、単一の噛み合い周波数を有するので、上述の関係式により確実に現像剤担持体の速度変動を抑制することができる。
【００２０】
また、前記駆動手段は、複数の噛み合い周波数を有し、該複数の噛み合い周波数に対応する複数の見かけの噛み合いピッチの最小公倍数の略整数倍が現像領域幅Ｌであってもよい。
【００２１】
このように構成した場合には、駆動手段が、複数の噛み合い周波数を有し、該複数の噛み合い周波数に対応する複数の見かけの噛み合いピッチの最小公倍数の略整数倍が現像領域幅Ｌであるので、駆動手段において、複数の噛み合い周波数が存在する駆動系においても、安定して現像剤担持体の回転速度変動を抑制することができる画像形成装置を提供することがきる。
【００２２】
以上において、前記駆動手段と前記現像剤担持体とは、カップリング部材により接続されていてもよい。
【００２３】
このように構成した場合には、駆動手段と現像剤担持体とは、カップリング部材により接続されているので、速度変動の振幅を効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、現像領域幅と見かけの噛み合いピッチとが所定の関係を満たすように駆動手段を構成することにより、現像剤担持体の平均速度を一定に維持し、現像濃度の変動を抑制することができる画像形成装置を簡易な構成で安価に提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
まず、本発明に係る現像装置を含む画像形成装置の概略構成について、図１を参照して説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【００２７】
図１に示されるように、本発明に係る画像形成装置１０は、一様帯電後に像光を照射することにより表面に静電電位の差による潜像が形成される静電潜像担持体である感光ドラム２１を備えており、この周囲に、感光ドラム２１の表面を一様に帯電させる帯電装置２２と、感光ドラム２１に像光を照射して表面に潜像を形成する露光装置２３と、感光ドラム２１上の潜像にトナーを選択的に転移させてトナー像を形成する現像装置２４と、感光ドラム２１と対向し、被記録媒体２８を挟んで感光ドラム２１との間に転写バイアス電界を生成する転写ロール２６と、トナー像の転写後に感光ドラム２１に残留するトナーを除去するクリーニング装置２９とが設けられている。そして、感光ドラム２１と転写ロール２６との対向部（ニップ部）の上流側から被記録媒体２８を供給するようになっており、下流側には被記録媒体２８上に転写された未定着トナー像を加熱溶融し被記録媒体２８に圧着する定着装置５０が設けられている。
【００２８】
ここで、感光ドラム２１は、矢印方向に回転する金属製ドラムの表面に有機感光材料、アモルファスセレン系感光材料、アモルファスシリコン系感光材料等からなる感光体層を形成したものを用いることができる。また、帯電装置２２は、例えば、タングステンなどからなる細いワイヤーに高電圧を印加すると共にそれと離間したアルミなどからなるシールド及び感光ドラム２１側に隙間のあるグリッド電極を配置したスコロトロンを用いることができる。露光装置２３は、レーザ書込み装置やＬＥＤアレイを有し、画像信号に基づいて点滅する露光光を発生し、これをポリゴンミラーによって感光ドラム２１の主走査方向にスキャンするものであり、これにより感光ドラム２１の表面に静電潜像を形成する。この静電潜像は、光の当たった部分の感光ドラム２１の表面電位が低下し、光の当たっていない高電位部分とのコントラストによる電位画像として形成される。また、現像装置２４は、ハウジング３１内に、例えば、着色粒子であるトナー及び磁性キャリアからなる二成分現像剤を収容し、現像剤担持体３２に二成分現像剤を担持させ、この現像剤担持体３２にバイアス電源２５からの現像バイアスを印加することで、現像剤担持体３２を静電潜像の高電位部と低電位部との中間電位に保持し、静電潜像の画像部を帯電されたトナーにて現像するようにしたものである。さらに、転写装置２６は、例えば感光ドラム２１に接触配置される転写ロールにて構成され、バイアス電源２７によって感光ドラム２１上のトナー像が引き付けられる方向の転写バイアスが印加されることで、感光ドラム２１上のトナー像を被記録媒体２８に転与させるようにしたものである。また、感光ドラム２１上に残留したトナーは、例えばドクターブレード式のクリーニング装置２９によって除去される。さらに、定着装置５０は、例えばヒートロール方式であり、加熱ロール５１と加圧ロール５２とを有し、この加熱ロール５１と加庄ロール５２との間に被記録媒体２８を通過させることによりトナー像を被記録媒体２８に定着するようになっている。
【００２９】
なお、本発明は上述の二成分現像剤を用いた画像形成装置に限定されるものではなく、一成分現像剤を用いた画像形成装置においても同様に適用可能である。
【００３０】
次に、本発明に係る駆動手段の基本的構成について、図２を参照して説明する。図２は本実施の形態に係る感光ドラム、現像剤担持体及び駆動手段の概要を示す構成図である。
【００３１】
図２に示されるように、回転自在に形成された感光ドラム２１と所定の間隙を隔てて対向配置された現像剤担持体３２には、その軸方向一端部に接続された駆動手段Ｄが配設されている。
【００３２】
ここで、現像剤担持体３２は、回転可能に配置された現像スリーブと、この現像スリーブ内に固定状態で配置されたマグネットロールとからなる現像ロールとして形成されている。
【００３３】
本実施の形態において、現像ロール３２の駆動手段Ｄは、例えば、駆動源であるモータＭと、このモータＭの回転軸Ｓと噛合する平歯車Ｇ１，Ｇ２と、平歯車Ｇ２の中心軸に直結されたカップリング部材Ｃ２とで構成されている。
【００３４】
さらに、このカップリング部材Ｃ２は、対応する現像剤担持体３２の軸方向一端部に設けられたカップリング部材Ｃ１と嵌合し、これにより、駆動手段Ｄの駆動力が現像剤担持体３２に伝達されるようになっている。
【００３５】
このように現像剤担持体３２と駆動手段Ｄとをカップリング部材Ｃ１及びＣ２でカップリング接続することにより、駆動力の受け渡しをギア等で行なう場合に比し、回転変動の振幅をより抑制することが可能となる。つまり、取り付け誤差を有するギア等の噛み合い部を減らすことにより、より効果的に回転変動を抑制することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態において、図２の斜線部に示される回転数を変換する動力伝達部Ｔは、１段の平歯車Ｇ１，Ｇ２で構成されている。すなわち、この動力伝達部Ｔは、単一の噛み合い周波数（歯車の噛み合いに起因する回転速度変動の周期の逆数、言い換えれば、単位時間当たりに発生する噛み合い数）により構成されている。
【００３７】
また、本実施の形態においては、平歯車Ｇ１，Ｇ２により構成しているが、このような構成に限定されるものではなく、例えば、平歯車とベルトとを組み合わせた構成でもよいし、他の種類の歯車を適宜組み合わせた構成としてもよい。すなわち、図中、斜線部の噛み合い周波数（噛み合いピッチ）が単一となるように構成すれば、動力伝達部材の構成は任意に選定可能である。
【００３８】
次に、このように構成した駆動系における現像剤担持体の平均速度の変動について以下に説明する。
【００３９】
一般に、現像剤担持体である現像ロール３２の回転に、駆動手段Ｄの駆動系で発生するギア等の噛み合い周期の変動が発生している場合における現像ロール３２の表面速度の設定値（ｍｍ／ｓ）をＶdeve=nominal、現像剤担持体３２を駆動する駆動手段Ｄを構成するギアＧ１，Ｇ２やベルト等の噛み合い周波数をｆ（Ｈｚ）、変動要素の振幅をＡ（ｍｍ）とすると、現像ロール３２の表面速度Ｖdeve（ｍｍ／ｓ）は、
【数１】
2006195304.tif 000003
となり、時間ｔの関数で近似することができる。
【００４０】
なお、一般に静電潜像担持体である感光ドラム２１は、現像剤担持体である現像ロール３２よりも外径が大きく、その慣性も大きいため回転変動が生じ難く、さらに、通常、一定の回転速度となるように厳密にコントロールされているため、この感光ドラム２１の回転速度は一定であると考えてよい。すなわち、両者の相対速度の変動は、現像ロール３２の速度変動に起因すると考えてよい。
【００４１】
また、感光ドラム２１が現像領域幅Ｌ（ｍｍ）を通過するのに要する時間をｔd（ｓｅｃ）とすると、その間の現像ロール３２の表面速度の平均値Ｖdeve=mean（ｍｍ／ｓ）は、下記の式（２）のようになる。なお、ａは任意の時刻である。
【数２】
2006195304.tif 000004
【００４２】
式（２）において、ｆｔd＝ｎ（整数）の場合は、ａに依らずＶdeve=mean＝Ｖdeve=nominal（一定）となる。
【００４３】
ここで、感光ドラム２１表面の表面速度をＶdrum（ｍｍ／ｓ）とすると、
【数３】
2006195304.tif 000005
【００４４】
また、感光ドラム２１から見た現像ロール３２との見かけの噛み合いピッチＰ（ｍｍ）を、Ｐ＝Ｖdrum／ｆとすると、
【数４】
2006195304.tif 000006
という関係が導かれる。
【００４５】
従って、Ｌ／Ｐ＝ｎ（整数）の関係を満たす場合には、理論上変動要素が消滅し、感光ドラム２１が現像領域幅Ｌ（ｍｍ）を通過するのに要する時間ｔd（ｓｅｃ）において、常に現像ロール３２の平均回転速度を一定に維持することが可能となる。
【００４６】
このような感光ドラム２１と現像剤担持体３２との見かけの噛み合いピッチＰと現像領域幅Ｌとの関係を図３に模式的に示す。
【００４７】
ここで、前述の式（２）より、ｆ又はｔdが大きいほど、Ｖdeve=mean≒Ｖdeve=nominalとなることが理解される。
【００４８】
このことは、図３に示されるように、現像領域幅Ｌ内において、より多くのピッチＰが存在するほど、すなわち、Ｌ／Ｐが大きいほど、速度変動の影響が減殺されることを意味している。従って、現像領域幅Ｌに比べて、見かけのピッチＰが十分小さい場合には、Ｌ／Ｐが略整数の関係を満たさないときでも、駆動部材の製作誤差等による現像ロール３２の速度変動の影響を軽減させることができる。
【００４９】
なお、現像領域幅Ｌを増大させたり、噛み合い周波数ｆを増大させる（例えば、歯数の多い大きい歯車を用いる）ことは、機器の大型化を伴い現実的には限界があるので、通常は、Ｌ／Ｐが≧２の構成とすれば、部材の製作誤差等による回転変動を十分吸収できることが確認されている。
【００５０】
そこで、本発明に係る感光ドラム２１と現像ロール３２との見かけの噛み合いピッチＰと現像領域幅Ｌとの関係は、Ｌ／Ｐが略整数となるように設定構成されている。
【００５１】
具体的には、まず、サイズ等の機器仕様により、感光ドラム２１の外径及び現像ロール３２の外径が決定される。
【００５２】
次に、この感光ドラム２１と現像剤担持体３２との外径により現像領域の周方向の幅Ｌ（ｍｍ）が決定される。
【００５３】
さらに、所望のプロセススピードより感光ドラム２１の回転速度が決定されると共に、これに現像剤を供給する現像ロール３２の回転速度が決定される（通常、例えば、現像ロール３２の回転速度は、感光ドラム２１の回転速度の１．５〜２．０倍に設定される）。
【００５４】
そして、これらからＬ／Ｐが略整数となるように、噛み合い周波数ｆ（＝Ｖ／Ｐ）が決定され、この噛み合い周波数ｆ（単位時間当たりの噛み合い数）を実現するように、各ギアやベルトを適宜選定し、これらの噛み合いピッチを決定すればよい。
【００５５】
このように構成することで、上述したように現像ロール３２の回転変動を抑制し、これにより、現像ムラのない良好な画像を形成することができる画像形成装置を簡易な構成で安価に提供することができる。
【００５６】
また、Ｌ／Ｐ≧２とすることで、駆動手段Ｄを構成する部材製作上の誤差により生じた現像領域幅Ｌにおける現像剤担持体３２の速度変動の影響をより一層減少させることができる。
【００５７】
なお、上述の実施の形態において、駆動手段Ｄが単一の噛み合い周波数ｆを有する場合について説明してきたが、本発明はこのような単一の噛み合い周波数ｆを有する駆動手段Ｄに限定されるものではなく、複数の噛み合い周波数を有する駆動手段についても適用可能である。
【００５８】
このような複数の噛み合い周波数を有する駆動手段の構成を変形例として図４に示す。
【００５９】
本変形例は、先の駆動手段Ｄにおける動力伝達部Ｔに、歯車Ｇ１と直結した駆動軸Ｓ２と、この駆動軸Ｓ２と噛合する歯車Ｇ３とから構成される動力伝達部Ｔ１を付加したものであり、先の構成と同様な機能を有する部材には同様な符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６０】
本変形例のように構成した場合には、図４に示されるように、それぞれの動力伝達部Ｔ，Ｔ１において、対応する噛み合い周波数ｆ１，ｆ２が存在することになる。そして、このように複数の噛み合い周波数ｆ１，ｆ２が存在する場合には、これらの周波数ｆ１，ｆ２に対応する見かけの噛み合いピッチＰ１，Ｐ２の最小公倍数のピッチを共通ピッチＰｃとし、Ｌ／Ｐｃを略整数に設定する、すなわち、複数の噛み合い周波数ｆ１，ｆ２に対応する複数の見かけの噛み合いピッチＰ１，Ｐ２の最小公倍数の略整数倍が現像領域幅Ｌとなるように設定することにより、これらの噛み合い周波数ｆ１，ｆ２に基づく現像ロール３２の速度変動を抑制することができる。
【００６１】
ただし、複数の噛み合い周波数が存在する場合には、共通ピッチＰｃが大きくなり、必然的に現像領域幅Ｌを長くとる必要が生じるため、現実的な適用範囲が限られることとなる。
【００６２】
従って、装置構成に対する柔軟な対応を可能とし、適用範囲を拡大するという観点からは、駆動手段Ｄにおける噛み合い周波数は少ないほうが良く、前述したように、単一の噛み合い周波数ｆ（噛み合いピッチ）を有するように構成することがより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概要を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る単一の噛み合い周波数を有する動力伝達部の概要を模式的に示す図である。
【図３】本発明に係る現像領域幅Ｌと見かけのピッチＰとの関係を模式的に示す図である。
【図４】本発明に係る複数の噛み合い周波数を有する動力伝達部の概要を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０：画像形成装置、２１：感光ドラム、２２：帯電装置、２３：露光装置、２４：現像装置、２５：バイアス電源、２６：転写装置、２７：バイアス電源、２８：被記録媒体、２９：クリーニング装置、３１：ハウジング、３２：現像ロール、５０：定着装置、５１：加熱ロール、５２：加圧ロール、Ｃ１，Ｃ２：カップリング部材、Ｄ：駆動手段、ｆ，ｆ１，ｆ２：噛み合い周波数、Ｇ１，Ｇ２：ギア、Ｌ：現像領域幅、Ｍ：モータ、Ｐ，Ｐ１，Ｐ２：見かけの噛み合いピッチ
【図１】
2006195304.tif 000007
【図２】
2006195304.tif 000008
【図３】
2006195304.tif 000009
【図４】
2006195304.tif 000010