(57)【要約】【課題】画像形成装置本体の小サイズ化と低コスト化とを実現しながら、ローラやベルト部材の表面状態の変動による不具合を抑制することが可能な現像装置の提供。【解決手段】像担持体２１に所定の圧力で当接するローラ状の現像剤担持体１１と、現像剤担持体１１を回転可能に支持した支持体１２と、現像剤担持体１１が像担持体２１に接離可能となるように支持体１２を回転可能に支持した支持軸３０とを有し、支持軸３０は、現像剤担持体１１が像担持体２１に当接する当接部Ａにおける現像剤担持体１１表面の接線を基準として±５°以内に位置する現像装置１００。【選択図】図２
2019159235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に所定の圧力で当接するローラ状の現像剤担持体と、
前記現像剤担持体を回転可能に支持した支持体と、
前記現像剤担持体が前記像担持体に接離可能となるように前記支持体を回転可能に支持した支持軸とを有し、
前記支持軸は、前記現像剤担持体が前記像担持体に当接する当接部における前記現像剤担持体表面の接線を基準として±５°以内に位置する現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、
前記現像剤担持体と前記支持体とを含む現像部を有し、
前記支持軸は、前記現像部の重心を通る鉛直線上に位置することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の現像装置において、
前記支持体は、トナーカートリッジが連結される連結部を有し、
前記支持軸は、前記連結部を通る鉛直線上に位置することを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の現像装置において、
前記像担持体と前記現像剤担持体との間の動摩擦係数が０．５以上であることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の現像装置において、
前記像担持体に対する前記現像剤担持体の線速比が１．１以上かつ１．６以内であることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の現像装置において、
前記像担持体を有することを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の現像装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式による画像形成装置で使用される各種ローラやベルト部材においては、トナーや紙粉のフィルミングにより経時で表面状態が変化する。このような表面状態の変化により、摺擦による音鳴きや、摺動負荷が大きくなることによるトルク上昇等の様々な不具合が発生することがある。
【０００３】
かかる問題を解決するために、感光体表面へのトナーや外添材の融着を防止する目的で、感光体表面に潤滑剤を塗布する技術（例えば特許文献１等参照）が提案されている。
しかし、上述の技術においては、感光体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段が必要となり、潤滑剤塗布手段を画像形成装置本体内にレイアウトするためのスペースが必要となるため、画像形成装置本体の小サイズ化が難しい。また、部品コストにより低コスト化が困難であるという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、画像形成装置本体の小サイズ化と低コスト化とを実現しながら、ローラやベルト部材の表面状態の変動による不具合を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は、像担持体に所定の圧力で当接するローラ状の現像剤担持体と、前記現像剤担持体を回転可能に支持した支持体と、前記現像剤担持体が前記像担持体に接離可能となるように前記支持体を回転可能に支持した支持軸とを有し、前記支持軸は、前記現像剤担持体が前記像担持体に当接する当接部における前記現像剤担持体表面の接線を基準として±５°以内に位置する現像装置にある。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、画像形成装置本体の小サイズ化と低コスト化とを実現しながら、ローラやベルト部材の表面状態の変動による不具合を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る現像装置を備えた画像形成装置の一例の概略図である。
【図２】本発明に係る現像装置の一例の正断面図である。
【図３】図２に示した現像装置に備えられた支持軸の配置の一例を示す図である。
【図４】図２に示した現像装置に備えられた像担持体と現像剤担持体との間の動摩擦係数の測定方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に本発明に係る現像装置としてのプロセスカートリッジ１００を備えた画像形成装置５００の一例を、図２にプロセスカートリッジ１００の一例を示す。画像形成装置５００は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、黒（Ｋ）の４色のトナーを用いるフルカラープリンタ及び、同等の作像機能を有するフルカラー複写機である。
【０００９】
図１に示すように、画像形成装置５００は、それぞれ各色トナーで作像を行う４つのプロセスカートリッジ１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋを備えている。各プロセスカートリッジ１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋの構成とその動作は実質的に同一であるため、ここでは色を示す符号（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）を省略してプロセスカートリッジ１００について説明する。
【００１０】
図２に示すように、プロセスカートリッジ１００は、像担持体としての感光体２１を有する感光体ユニット２０と、感光体２１に所定の圧力で当接するローラ状の現像剤担持体としての現像ローラ１１を有する現像部１０とを有している。感光体２１は図中時計回りに回転駆動され、現像ローラ１１は感光体２１の線速よりも速い線速で図中反時計回りに回転駆動される。
現像部１０は、現像ローラ１１を回転可能に支持した支持体としての第１の支持体１２を有している。第１の支持体１２は、後述するトナーカートリッジ１０５が連結される連結部１２ａを有している。
現像部１０は、現像ローラ１１の周囲に配置された、トナー供給ローラ１３と、規制ブレード１４とを有している。
【００１１】
感光体ユニット２０は、感光体２１を回転可能に支持した第２の支持体２２を有している。第２の支持体２２は、図２に示すように、プロセスカートリッジ１００を正面から見たときに破線で示すように第１の支持体１２と重なる部分を有している。
感光体ユニット２０は、感光体２１の周囲に配置された、帯電ローラ２３と、クリーニングブレード２４とを有している。
【００１２】
プロセスカートリッジ１００は、現像ローラ１１が感光体２１に接離可能となるように第１の支持体１２を画像形成装置５００本体に回転可能に支持した支持軸３０を有している。支持軸３０は、第１の支持体１２と第２の支持体２２の破線で示した部分とに連通して設けられており、現像部１０と感光体ユニット２０とは、一体的に画像形成装置５００から取り外し可能となっている。
プロセスカートリッジ１００は、現像ローラ１１を感光体２１へ所定の圧力で当接させる加圧部材としてのスプリング４０を有している。
【００１３】
図１に示すように、画像形成装置５００は、各感光体２１の上方に配置された露光装置１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋを備えている。
画像形成装置５００は、４つのプロセスカートリッジ１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋの下方に配置された中間転写ベルト１０２を備えている。
画像形成装置５００は、中間転写ベルト１０２を挟んで各感光体２１に対向するように配置された、一次転写手段としての一次転写ローラ１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋを備えている。
画像形成装置５００は、中間転写ベルト１０２に対向して設けられたトナーセンサ１０４を備えている。
画像形成装置５００は、連結部１２ａから第１の支持体１２内にトナーを供給するトナーカートリッジ１０５Ｙ、１０５Ｍ、１０５Ｃ、１０５Ｋを備えている。
【００１４】
画像形成装置５００は、下部に給紙カセット１０６を備えている。給紙カセット１０６から、シートとして例えば用紙が給送される。
画像形成装置５００は、中間転写ベルト１０２に接して二次転写部を形成する二次転写ローラ１０９を備えている。
画像形成装置５００は、二次転写部で画像が転写された用紙に画像を定着させる定着ユニット１１０を備えている。
画像形成装置５００は、定着ユニット１１０によって画像を定着された用紙が排紙される排紙部１１２を備えている。
【００１５】
各プロセスカートリッジ１００においては、感光体２１が図中時計回りに回転駆動され、帯電ローラ２３によって感光体２１表面が所定の極性に均一に帯電される。次いで、帯電面に露光装置１０１から出射される光変調されたレーザビームが照射されることによって感光体２１上に静電潜像が形成される。
第１の支持体１２に蓄えられたトナーは、トナー供給ローラ１３により現像ローラ１１へと搬送され、現像ローラ１１上へ搬送されたトナーは、規制ブレード１４により一様な厚さに規制される。現像ローラ１１に保持されたトナーは、現像ローラ１１と感光体２１との電位差により感光体２１の静電潜像に吸着される。すなわち、感光体２１の静電潜像は、現像ローラ１１から付与されるトナーによって現像され、トナー像として可視化される。
【００１６】
各プロセスカートリッジ１００で形成されたイエロー、シアン、マゼンタ、黒の各色トナー像は、中間転写ベルト１０２上に順次重ね合わされて転写される。中間転写ベルト１０２上に転写される各色のトナー像は、ある一定のジョブ間隔で、トナーセンサ１０４により適切なタイミングで転写されるよう調整される。
中間転写ベルト１０２に転写されず感光体２１上に残ったトナーは、クリーニングブレード２４により回収される。第１の支持体１２内に備えられたトナー残量検知部により各第１の支持体１２内のトナー残量がある閾値を下回ったことが検知されると、トナーカートリッジ１０５より一定量のトナーが供給される。
【００１７】
一方、給紙ローラ１０７により給紙カセット１０６から給送された用紙は、レジストローラ対１０８に向けて搬送される。レジストローラ対１０８に突き当てられて一旦停止された用紙は、中間転写ベルト１０２上のトナー像とのタイミングを取ってレジストローラ対１０８より送出され、二次転写ローラ１０９と中間転写ベルト１０２とが接する二次転写部に送り込まれる。
二次転写ローラ１０９にトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されているため、中間転写ベルト１０２上の重ねトナー像、例えばフルカラー画像が用紙上に転写される。トナー像転写後の用紙は、定着ユニット１１０へ搬送され、定着ユニット１１０にて熱と圧力によりトナーが用紙に定着される。トナー像定着後の用紙は、排紙ローラ１１１によって機外すなわち画像形成装置５００の外部に排出され、排紙部１１２に排紙される。
【００１８】
上述したように、現像ローラ１１は、スプリング４０によって、感光体２１に対し支持軸３０を支点として回転可能に押圧される。図２において、矢印Ｆは、スプリング４０によるスプリング圧を示している。
スプリング圧Ｆの他に、現像ローラ１１を感光体２１へ押圧させる押圧力として作用する可能性のある力としては、現像部１０の自重Ｗ、連結部１２ａのシール圧Ｓ、感光体２１と現像ローラ１１とが線速差を持つことにより発生する摩擦力Ｐ等が考えられる。
【００１９】
押圧力が変動すると、摺擦による音鳴きや、摺動負荷が大きくなることによるトルク上昇等の様々な不具合が発生することがあるため、押圧力は一定であることが望ましい。そのため、変動しやすい力については、押圧力として作用させないようにすることが必要となる。
【００２０】
上述した各力Ｆ、Ｗ、Ｓ、Ｐは、各力の作用点と支持軸３０との距離、すなわち腕長さに応じたモーメント力が押圧力となって感光体２１へ作用する。モーメント力は各力と腕長さとの積であるため、腕長さが短いほどモーメント力は小さくなる。すなわち、腕長さが短いほど、押圧力は各力の変動による影響を受けにくい。また、力の向きと腕長さの向きとが平行であれば、その力が押圧力に与える影響は０になるため、変動しやすい力については、腕長さを短くするか、力の向きと腕長さの向きとが平行になるように支持軸３０を配置すると良い。
【００２１】
スプリング圧Ｆの腕長さは、現像ローラ１１を感光体２１へ全幅当接させるため、可能な限り長くすることが望ましい。すなわち、スプリング４０と支持軸３０とは可能な限り離して配置すると良い。また、モーメントのばらつきを抑えるため、可能な限りスプリング圧Ｆのばらつきが小さいスプリング４０を使用することが望ましい。一般に、スプリング圧のばらつきが±１０％程度のスプリングが多いが、本実施例では、±５％程度のスプリングを使用した。
【００２２】
摩擦力Ｐの大きさは、使用する現像ローラや感光体、トナーの種類によって異なる。また、同一の現像ローラ、感光体、トナーを使用したシステムにおいても、現像ローラ表層の摩耗やトナーフィルミング等による経時での表面状態の変化や、トナーの色種、トナー表面の外添剤の剥がれ等により、摩擦力Ｐは大きく変動する。このような変動に対応するため、すなわち、摩擦力Ｐの変動による影響を押圧力に与えないようにするため、支持軸３０は、摩擦力Ｐの作用線上に配置すると良い。言い換えると、支持軸３０は、現像ローラ１１が感光体２１に当接する当接部Ａにおける現像ローラ２１表面の接線上に配置すると良い。
【００２３】
表１に、当接部Ａを中心として支持軸３０の設置角度を振った場合における不具合の発生有無を示す。表１において、「初期」は初期状態における現像ローラと感光体とを使用したことを、「耐久（１０ｋｐ枚印字後）」は、１０ｋｐ枚印字後における現像ローラと感光体とを使用したことを示している。支持軸３０の設置角度は、図３において、当接部Ａにおける現像ローラ２１表面の接線を基準とし、当接部Ａを中心として図中反時計回り方向がプラス側、時計回り方向がマイナス側である。○は不具合がなかったことを、×は不具合があったことを示している。
【００２４】
【表１】
2019159235.tif 000003
【００２５】
支持軸３０の設置角度をプラス側にした場合、摩擦力Ｐによるモーメントは、現像ローラ１１を感光体２１から離間させる方向に作用する。このため、現像ローラ１１が感光体２１に対して全幅当接せず、画像の一部が白く抜ける画像不具合、すなわち白抜け画像が発生することがある。支持軸３０の設置角度を７．５°にした場合に示すように、白抜け画像は色ごとに余裕度が異なり、また初期状態と耐久時とを比較すると、耐久により現像ローラ表層が平滑になる影響で、耐久時の方が初期状態よりも余裕度が高かった。
【００２６】
支持軸３０の設置角度をマイナス側にした場合、摩擦力Ｐによるモーメントは、現像ローラ１１を感光体２１へ押し込む方向に作用する。このため、現像ローラ１１と感光体２１との摩擦負荷が大きくなり、トルクが許容値を越えてしまうことがある。支持軸３０の設置角度を−８°にした場合に示すように、初期状態と耐久時とを比較すると、耐久時の方が初期状態よりも余裕度が低かった。支持軸３０の設置角度をさらにマイナス側に設定すると、初期状態、耐久時に関わらず、押圧力が大きくなることによる様々な不具合が発生した。
【００２７】
表１に示すように、支持軸３０の設置角度を−５°〜＋５°にした場合は不具合が発生しなかった。そのため、製造上の誤差や摩擦等による経時劣化を考慮して、本実施例では、図３に示すように、支持軸３０は、当接部Ａにおける現像ローラ１１表面の接線を基準として±５°以内に位置するように配置した。
なお、当接部Ａにおける現像ローラ１１表面の接線とは、現像ローラ１１の周面が理想的な円弧状であると想定した場合の接線である。
【００２８】
現像部１０の自重Ｗは、トナーの残量等によって変動する可能性があるため、支持軸３０は、現像部１０の自重Ｗの作用線の延長線上に配置すると良い。すなわち、図２に示すように、支持軸３０は、現像部１０の重心を通る鉛直線上に位置するように配置すると良い。
連結部１２ａのシール圧Ｓに関しても同様に、支持軸３０は、連結部１２ａを通る鉛直線上に位置するように配置すると良い。
本実施例では、支持軸３０の設置角度は、部品の公差上、現像部１０の重心を通る鉛直線または連結部１２ａを通る鉛直線を基準としておよそ−３°〜＋３°の範囲を取りうるが、この範囲においては不具合は発生しなかった。
【００２９】
本実施例では、現像ローラ１１と感光体２１との間の動摩擦係数は０．５以上で確認を行った。図４に、動摩擦係数μの測定方法を示す。
まず、画像形成装置５００において、現像ローラ１１表層にトナー薄層を形成する。次に、トナー薄層が形成された現像ローラ１１が回転しないように測定装置に保持させる。そして、感光層を塗膜したシート材の一端に錘を吊り下げた状態で現像ローラ１１に巻きかけ、他端をデジタルフォースゲージにて一定速度で引っ張る。動摩擦係数μは、錘の荷重Ｂ、デジタルフォースゲージの読み値Ａから、理論的に以下の式で求められる（オイラーベルト法）。
【００３０】
【数１】
2019159235.tif 000004
【００３１】
上述したように、感光体２１と現像ローラ１１との回転方向は互いに逆になっている。表２に、感光体２１に対する現像ローラ１１の線速比を振った場合における不具合の発生有無を示す。○は不具合がなかったことを、△または×は不具合があったことを示している。
【００３２】
【表２】
2019159235.tif 000005
【００３３】
感光体２１に対する現像ローラ１１の線速比を０．９または１．０にした場合、感光体２１上の静電潜像に付着させるべきトナー量を付着させることができず、用紙上のベタ濃度を満足することができなかった。
また、感光体２１に対する現像ローラ１１の線速比を１．７以上にした場合、感光体２１と現像ローラ１１との摺動による発熱量が大きくなり、プロセスカートリッジ１００の目標温度をわずかに上回ってしまった。発熱量が大きくなった場合に想定される不具合としては、トナーが溶け、規制ブレード１４等に付着することで、縦スジ画像が発生する可能性がある。実験では、不具合は縦スジ画像としては顕在化しなかったため、不具合有無としては△で記載した。
表２に示すように、感光体２１に対する現像ローラ１１の線速比を１．１〜１．６にした場合は不具合が発生しなかったため、本実施例では、感光体２１に対する現像ローラ１１の線速比は１．１以上かつ１．６以内とした。
【００３４】
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００３５】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３６】
１０    現像部
１１    現像剤担持体、現像ローラ
１２    支持体、第１の支持体
１２ａ    連結部
１３    トナー供給ローラ
１４    規制ブレード
２０    感光体ユニット
２１    感光体
２２    第２の支持体
２３    帯電ローラ
２４    クリーニングブレード
３０    支持軸
４０    加圧部材、スプリング
１００    現像装置、プロセスカートリッジ
５００    画像形成装置
Ａ    当接部
Ｆ    スプリング圧
Ｐ    摩擦力
Ｓ    シール圧
Ｗ    現像部の自重
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３７】
【特許文献１】特開２００２−５５５８０号公報
【図１】
2019159235.tif 000006
【図２】
2019159235.tif 000007
【図３】
2019159235.tif 000008
【図４】
2019159235.tif 000009