JP2007334167A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、感光体ドラムの交換・着脱性を損なうことなく、感光体ドラムの偏芯を最小限に抑えて、バンディングや色ずれ、濃度ムラといった画像不良を防止し、高画質の画像が得られるようにすることである。
【解決手段】シリンダ１１１の両端に軸部１１２ＦＳ，１１２ＲＳを有するフランジ１１２Ｆ，１１２Ｒが結合され、作動時にヒータ１０３によって加熱可能な感光体ドラム１１と、前記フランジ軸部を勘合して前記ドラムを回転可能に支持するドラム支持部材１１５Ｆ，１１５Ｒとを有する画像形成装置であって、前記フランジ軸部の外径部と前記ドラム支持部材の内径部は、常温時には隙間ｇ０を持って勘合され、作動時には前記フランジ軸部と前記ドラム支持部材が前記隙間なく勘合されるように前記フランジが前記ドラム支持部材よりも大きく熱膨張することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転自在に支持された像担持体を用いて画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を利用して画像形成を行う画像形成装置では、回転自在に支持された像担持体としての感光体ドラムを用いたものが知られている。この感光体ドラムは、筒状のドラムシリンダの内部に感光体ドラムの結露防止や温湿度特性による画像変化を防止するためのドラムヒータを備え、ドラムシリンダの両端にドラムフランジを取り付けて構成されている。

例えば、特開平１１−４０３０５号公報（以下、特許文献１という）に開示されている技術では、ドラムフランジの軸部に固定設置されたボールベアリングがドラム支持部材であるスリップリングと嵌合し、感光体ドラムが回転可能に保持されている。

また、特開平５−２７６５４号公報（以下、特許文献２という）に開示されている技術では、ドラムフランジに固定設置されたボールベアリングがドラム軸と嵌合し、感光体ドラムが回転可能に保持されている。

また、ドラムフランジが直接ドラム軸と嵌合して感光体ドラムが回転可能に保持されているものもある。

特開平１１−４０３０５号公報 特開平５−２７６５４号公報

上記特許文献１に記載の画像形成装置は、感光体ドラムの交換性を考慮すると、ボールベアリングの外径部とスリップリングの内径部が常温時に隙間をもって嵌合していることが好ましい。しかしながら、ボールベアリングは金属製であり、スリップリングは樹脂製であるため、画像形成装置の作動時にドラムヒータが点灯すると、金属と樹脂の熱膨張率の差から常温時よりも作動時の方が前記隙間が大きくなってしまう。このため、作動時に大きくなった隙間により感光体ドラムが偏芯して、バンディングや色ずれ、濃度ムラといった画像不良が発生してしまうおそれがある。

また上記特許文献２に記載の画像形成装置においても、同様に感光体ドラムの交換性を考慮すると、ボールベアリングの内径部とドラム軸の外径部が常温時に隙間をもって嵌合していることが好ましい。しかしながら、ボールベアリング、ドラム軸ともに金属製であるため、作動時にドラムヒータが点灯しても、熱膨張率が等しいことからボールベアリングとドラム軸の嵌合隙間は変わらず存在する。このため、作動時に前記隙間により感光体ドラムが偏芯して、バンディングや色ずれ、濃度ムラといった画像不良が発生してしまうおそれがある。

またドラムフランジに直接ドラム軸を嵌合する構成の画像形成装置においても、同様に感光体ドラムの交換性を考慮すると、ドラムフランジの内径部とドラム軸の外径部が常温時に隙間をもって嵌合していることが好ましい。しかしながら、ドラムフランジが金属製の場合は、ドラム軸とともに金属製となるので、作動時にドラムヒータが点灯しても、熱膨張率が等しいことからドラムフランジとドラム軸の嵌合隙間は変わらず存在する。このため、作動時に前記隙間により感光体ドラムが偏芯して、バンディングや色ずれ、濃度ムラといった画像不良が発生してしまうおそれがある。また、ドラムフランジが樹脂製の場合は、ドラム軸は金属製であるため、作動時にドラムヒータが点灯すると、金属と樹脂の熱膨張率の差から常温時よりも作動時の方が前記隙間が大きくなってしまう。このため、作動時に大きくなった隙間により感光体ドラムがより偏芯して、バンディングや色ずれ、濃度ムラといった画像不良がより悪化してしまうおそれがある。

そこで本発明の目的は、感光体ドラムの交換・着脱性を損なうことなく、感光体ドラムの偏芯を最小限に抑えて、バンディングや色ずれ、濃度ムラといった画像不良を防止し、高画質の画像が得られるようにすることである。

上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、筒状のシリンダ部材の両端に軸部を有するフランジ部材が結合され、作動時に加熱部材によって加熱可能な感光体ドラムと、前記フランジ部材の軸部を嵌合して前記ドラムを回転可能に支持するドラム支持部材と、を有する画像形成装置であって、前記フランジ部材の軸部の外径部と前記ドラム支持部材の内径部は、常温時には隙間を持って嵌合され、画像形成装置の作動時には前記フランジ部材の軸部と前記ドラム支持部材が前記隙間なく嵌合されるように前記フランジ部材が前記ドラム支持部材よりも大きく熱膨張することを特徴とする。

本発明によれば、常温時にはフランジ部材の軸部の外径部とドラム支持部材の内径部の間に隙間があるので、画像形成装置の非作動時に感光体ドラムを容易に着脱・交換することができる。一方、画像形成装置の作動時には、加熱部材の加熱によりフランジ部材とドラム支持部材が熱膨張するが、熱膨張率の違いによりフランジ部材がドラム支持部材よりも大きく膨張し、フランジ部材の軸部の外径部とドラム支持部材の内径部との隙間がなくなる。これにより、前記隙間に起因する感光体ドラムの偏芯を防止することができ、バンディングや色ずれ、濃度ムラといった画像不良を防止し、高画質な画像を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。従って、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

まず、図１を用いて、画像形成装置の概略構成について説明する。ここでは、画像形成装置として、４つのドラムユニットを着脱自在に備えた画像形成装置を例示している。

図１に示す画像形成装置は、装置上部に原稿の画像読み取りを行う画像読取部としてのリーダ部１Ｒ、装置下部に記録材に画像記録を行う画像記録部としてのプリンタ部１Ｐを有する。

リーダ部１Ｒにおいて、原稿を原稿台ガラス上に載せ、露光ランプにより露光走査することにより、原稿からの反射光像をレンズにより、ＣＣＤセンサに集光しカラー色分解画像信号を得る。カラー色分解画像信号は画像メモリを介してプリンタ部１Ｐに送出される。プリンタ部１Ｐには、リーダ部１Ｒからの画像信号のほか、コンピュータからの画像信号、ＦＡＸからの画像信号なども同様に送出されてくる。ここでは、リーダ部１Ｒからの画像信号に基づくプリンタ部１Ｐの動作を例示して説明する。

図１に示すように、プリンタ部１Ｐおいて、像担持体である感光体ドラム１１ａ〜１１ｄは、各々、画像形成装置本体に対して着脱自在なドラムユニットに回転自在に支持されている。各感光体ドラムの周りには、各々、一次帯電器１２ａ〜１２ｄ、レーザ露光光学系１３ａ〜１３ｄ、現像器１４ａ〜１４ｄ、感光体クリーナ１５ａ〜１５ｄが配置されている。また、感光体ドラムの対向位置には、中間転写体３０が配置されている。中間転写体３０は、駆動ローラ３２、従動ローラ３３、及び二次転写対向ローラ３４に懸架された中間転写ベルト３１を有している。また中間転写体３０には、各一次転写部Ｔａ〜Ｔｄにて中間転写ベルト３１を介して各感光体ドラムと当接し、各感光体ドラム上のトナー像を中間転写ベルト３１に一次転写する一次転写ブレード３５ａ〜３５ｄが配置されている。更に中間転写体３０の対向ローラ３４の対向位置には、二次転写部Ｔｅにて中間転写ベルト３１を介して中間転写ベルト３１上のトナー像を記録材に二次転写する二次転写ローラ３６が配置されている。

リーダ部１Ｒからの画像信号は、レーザ露光光学系１３ａ〜１３ｄにおいて光信号に変換され、光信号に変換されたレーザ光が各反射ミラー１６ａ〜１６ｄを経て各感光体ドラム１１ａ〜１１ｄの面に照射される。

プリンタ部１Ｐの画像形成時には、感光体ドラム１１ａ〜１１ｄを回転させ、前露光ランプ（不図示）で除電した後の感光体ドラムを一次帯電器１２により一様に帯電させて前述のレーザー光を照射し、感光体ドラム上に潜像を形成する。次に現像器１４ａ〜１４ｄにより感光体ドラム上の潜像を現像し、感光体ドラム上に樹脂と顔料を基体としたトナーの画像を形成する。そして、各感光体ドラム上に形成された各色のトナー画像を、中間転写ベルト３１上に色ずれなく重ね合わせるように、ベルト回転方向上流側の感光体ドラムから順に一次転写する。中間転写ベルト３１上に４色重ねられたトナー画像は、中間転写ベルト３１を介して二次転写ローラ３６と二次転写対向ローラ３４とが対向する二次転写部Ｔｅへと向かう。

なお、現像器内のトナーはトナー収納部から現像器内のトナー比率（或いはトナー量）を一定に保つ様に所望のタイミングにて随時補給される。

一方、記録材Ｐは記録材収納部２１ａ，２１ｂ或いはマルチトレイ２７から選択的に給送される。記録材収納部２１ａ，２１ｂの記録材Ｐは、ピックアップローラ２２ａ，２２ｂによって一枚ずつ給送され、搬送ローラ２３によってレジストローラ２５に向けて搬送路２４を搬送される。また、マルチトレイ２７上の記録材Ｐは、ピックアップローラ２６によって一枚ずつ給送され、同様に搬送ローラ２３によってレジストローラ２５に向けて搬送路２４を搬送される。そして、記録材Ｐはレジストローラ２５にて斜行を補正され、所望のタイミングにて二次転写部Ｔｅに搬送され、二次転写部Ｔｅにて中間転写ベルト３１上のトナー画像が記録材上に一括して転写される。その後、トナー画像が転写された記録材は、定着器４０にてトナー画像が定着され、排出ローラ４５によって排出トレイ４８上に排出される。

なお、二次転写後、中間転写ベルト３１上に残留したトナーは中間転写体クリーナ５０によって除去される。

ここで、図２〜図５を用いて、各感光体ドラム１１の支持構成について詳しく説明する。図２は感光体ドラム周辺部の詳細断面図である。なお、感光体ドラムを有するドラムユニットは同一の構成であるため、以下に説明するドラムユニットの説明を各ドラムユニットに援用するものとする。

感光体ドラム１１は、筒状のシリンダ部材であるドラムシリンダ１１１と、ドラムシリンダ１１１の両端に結合されたフランジ部材としてのドラムフランジ１１２Ｆ，１１２Ｒを有している。各ドラムフランジ１１２Ｆ，１１２Ｒは、軸部１１２ＦＳ，１１２ＲＳを一体に有している。感光体ドラム１１の位置は、ドラムフランジ１１２Ｆ，１１２Ｒの軸部１１２ＦＳ，１１２ＲＳが、ドラム支持部材１１５Ｆ，１１５Ｒに圧入固定されたボールベアリング１１５ＦＢ，１１５ＲＢと嵌合して決められる。このドラム支持部材１１５Ｆ，１１５Ｒは、位置決めピン１１４Ｆ，１１４Ｒが設けられたドラムユニットのフレーム側板１１３Ｆ，１１３Ｒに設置されている。そして、このフレーム側板１１３Ｆ，１１３Ｒが位置決めピン１１４Ｆ，１１４Ｒを介して画像形成装置の本体フレーム１０１Ｆ，１０１Ｒに位置決めされて、画像形成装置本体に対する感光体ドラム１１の位置が決められる。

更に感光体ドラム１１は、該ドラムに駆動力を伝達するための金属製のドラム軸１０２を有している。このドラム軸１０２はドラムフランジ１１２Ｆ，１１２Ｒの軸部１１２ＦＳ，１１２ＲＳを貫通し、締結部材１１６を介して一方のドラムフランジ１１２Ｆに締結されている。ただし、ドラムフランジ１１２Ｆ，１１２Ｒの軸部１１２ＦＳ，１１２ＲＳの内径部とドラム軸１０２の外径部との間には常に隙間Ｇ１，Ｇ２が設けられている。これは、感光体ドラム１１の軸方向と直交する方向の位置決めは上述のドラムフランジ軸部の外径部で行っており、ドラム軸１０２は感光体ドラム１１への駆動伝達と感光体ドラム１１の長手方向（軸方向）の位置決めのためにのみ使用しているからである。ドラム軸１０２の外径部とドラムフランジ１１２Ｆ，１１２Ｒの軸部１１２ＦＳ，１１２ＲＳの内径部との嵌合にて位置決めをしてしまうと、両者の線膨張率の差により作動時に前記隙間Ｇ１，Ｇ２が大きくなってしまうので、上述したような構成としている。

また、ドラム軸１０２はパイプ状の中空になっており、その中空部分には加熱部材としての棒状のドラムヒータ１０３が挿入されている。ドラムヒータ１０３は感光体ドラム１１の結露防止や温湿度特性による画像変化を防止するために設置されている。

図３に示すように、感光体ドラム１１の着脱交換性を考慮すると、嵌合部であるドラムフランジ１１２Ｆ，１１２Ｒの軸部１１２ＦＳ，１１２ＲＳの外径部とドラム支持部材１１５Ｆ，１１５Ｒの内径部には隙間ｇ０が必要となる。感光体ドラムを容易に着脱・交換するためには、経験的に約５μｍ以上の隙間ｇ０が必要である。本実施形態では、ドラムフランジ１１２Ｆ，１１２Ｒの軸部１１２ＦＳ，１１２ＲＳの外径部とドラム支持部材１１５Ｆ，１１５Ｒの内径部は、常温時（１５〜２５℃）には隙間ｇ０を持って嵌合された構成となっている。

しかしながら、この隙間ｇ０が画像形成装置の作動中も残っていると、これが感光体ドラムの回転偏芯成分になり、感光体ドラム全体の偏芯量を増大させ、不良画像の原因となる。そこで、本実施形態では、画像形成装置の作動時にはドラムフランジ１１２Ｆ，１１２Ｒの軸部１１２ＦＳ，１１２ＲＳとドラム支持部材１１５Ｆ，１１５Ｒが前記隙間ｇ０なく嵌合されるように、ドラムフランジ１１２Ｆ，１１２Ｒがドラム支持部材１１５Ｆ，１１５Ｒよりも大きく熱膨張する構成となっている。

更に具体的には、図３及び図４に示すように、画像形成装置の作動時にドラムヒータ１０３がＯＮすると、樹脂製のドラムフランジ軸部１１２ＦＳの外径部と金属製のボールベアリング１１５ＦＢの内径部との線膨張係数（熱膨張係数）の差により、隙間ｇ０はなくなり、完全に密着される。これにより、嵌合部の隙間に起因する感光体ドラムの偏芯は防止できる。なお、図３及び図４には感光体ドラムの軸方向一方の支持構成のみを例示しているが、軸方向他方の支持構成も同様である。

ドラムフランジの材料は、線膨張係数６×１０^−５（ｃｍ／ｃｍ℃）以上の樹脂であり、例えばポリカーボネイト等の樹脂が使われている。上記の範囲であれば、様々な樹脂材料が使用可能であるが、ガラス繊維等の入った樹脂は線膨張係数が小さくなるので、ここでは適さない。

ボールベアリングは一般的な鉄・ステンレス等の線膨張係数２×１０^−５（ｃｍ／ｃｍ℃）以下の金属材料が適している。

上記範囲外の線膨張係数の材料を使用すると、常温時にあった勘合隙間が作動時に隙間が減少はするものの、完全に隙間ゼロにならない場合があり、本発明の効果を十分に発揮できない。よって、上記範囲の線膨張係数を持つ材料を選定することが望ましい。

以下に、ドラムフランジおよびボールベアリングの材料／寸法関係をより具体的に例示し、常温時と装置作動時での隙間の変化について具体的に説明する。

まず、ドラムフランジの材料をポリカーボネイト、線膨張係数を７．０×１０^−５とし、更に軸部の外径寸法をΦ１９．９８±０.００５（ｍｍ）とする。また、ボールベアリングの材料を鉄系、線膨張係数を１.１×１０^−５とし、内径寸法をΦ２０＋０／−０．０１（ｍｍ）とする。更に、ドラム表面の温度は４０〜４５℃に温調されており、ドラムフランジ部の温度はそれ以上となる。具体的には、感光体ドラム表面の温調温度を４２．５℃とすると、ドラムフランジ部の温度は４２．５℃以上となる。なお、常温は１５〜２５℃の範囲であり、ここでは常温を２０℃としている。

樹脂製のドラムフランジ１１２Ｆの外径部と金属製のボールベアリング１１５ＦＢの内径部の間には、公差上、最小でも５μｍの隙間ｇ０があるので、感光体ドラムの着脱は問題ない。また、公差上の最大隙間ｇ０は２５μｍとなる。

ドラムフランジおよびボールベアリングの材料／寸法関係、及びドラムヒータによるドラム表面の温調温度を上記の通りとした場合、ドラムフランジとボールベアリングの膨張量は以下の通りとなる。

ドラムフランジ軸部の外径部の膨張量は、ドラムフランジ軸部の外径×常温からの上昇温度×線膨張係数で求められる。すなわち、１９.９８ｍｍ×２２.５℃×７.０×１０^−５＝０.０３１４７ｍｍ（３１.４７μｍ）となる。

一方、ボールベアリングの内径部の膨張量は、ボールベアリングの内径×常温からの上昇温度×線膨張係数で求められる。すなわち、２０ｍｍ×２２.５℃×１.１×１０^−５＝０.００４９５ｍｍ（４.９５μｍ）となる。

以上より、画像形成装置の作動時（ドラムヒータＯＮ時）のドラムフランジ軸部の外径部とボールベアリングの内径部の膨張量の差は３１.４７−４.９５＝２６.５２μｍとなる。従って、常温時の最大隙間ｇ０が公差上の最大隙間２５μｍとなった場合でも、前述の膨張量の差から作動時には隙間ゼロ（図４に示すｇ１）となる。

なお、上述した形態では、加熱部材として、図２に示すようにドラム軸内に棒状のドラムヒータを設けた構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、面状のドラムヒータ１１８をドラムシリンダ１１１の内面に設けた構成としても良い。図５に示すドラムヒータ１１８はドラム表面に近いため、温調精度は高く応答性もよい。ドラムフランジの軸部の温度は前述のドラム軸内に設けた棒状のヒータと比べて低くなるが、ドラム温調温度４２．５℃よりは低くなることはないので、前述の計算式が同様に成り立つ。なお、その他の構成は図２を用いて説明したドラムユニットの構成とほぼ同様であるため、同一の機能を有する部材には同一符号を付し、説明は援用するものとする。

上述したように、常温時にはドラムフランジの軸部の外径部とドラム支持部材の内径部の間に隙間があるので、画像形成装置の非作動時に感光体ドラムを容易に着脱・交換することができる。一方、画像形成装置の作動時には、ドラムヒータの加熱によりドラムフランジとドラム支持部材が熱膨張するが、熱膨張率の違いによりドラムフランジがドラム支持部材よりも大きく膨張し、ドラムフランジの軸部の外径部とドラム支持部材の内径部との隙間がなくなる。これにより、前記隙間に起因する感光体ドラムの偏芯を防止することができ、バンディングや色ずれ、濃度ムラといった画像不良を防止し、高画質な画像を得ることができる。

なお、前述した実施形態では、感光体ドラムを有するドラムユニットを４つ使用しているが、この使用個数は限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すれば良い。

また前述した実施形態では、画像形成装置本体に対して着脱自在なドラムユニットを例示したが、これに限定されるものではない。例えば、画像形成装置本体に対して着脱自在にプロセスカートリッジであっても良い。このプロセスカートリッジとしては、感光体ドラムと、該感光体ドラムに作用するプロセス手段としての帯電手段，現像手段，クリーニング手段を一体に有するものが知られている。またプロセスカートリッジは、これに限定されるものではなく、感光体ドラムの他に、帯電手段、現像手段、クリーニング手段のうち、いずれか１つを一体に有するプロセスカートリッジであっても良い。

更に前述した実施形態では、感光体ドラムを含むドラムユニット（又はプロセスカートリッジ）が画像形成装置本体に対して着脱自在な構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、前記ユニット又はカートリッジを構成する各部材がそれぞれ画像形成装置本体に対して着脱可能な構成であっても良い。

また前述した実施形態では、画像形成装置として複写機を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばプリンタ、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置であっても良い。また、記録材担持体を使用し、該記録材担持体に担持された記録材に各色のトナー像を順次重ねて転写する画像形成装置であっても良い。また、前述した中間転写体を使用せず、感光体ドラムから直接記録材に画像を転写する構成の画像形成装置であっても良い。これらの画像形成装置に着脱可能な像担持体の支持構成に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。

画像形成装置の主断面図 棒状ドラムヒータを有する感光体ドラム周辺部の詳細断面図 感光体ドラムフランジ部の拡大断面図（常温時） 感光体ドラムフランジ部の拡大断面図（作動時） 面状ドラムヒータを有する感光体ドラム周辺部の詳細断面図

符号の説明

Ｇ１，Ｇ２，ｇ０，ｇ１ …隙間
１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ） …感光体ドラム（像担持体）
１０１Ｆ，１０１Ｒ …本体フレーム
１０２ …ドラム軸
１０３，１１８ …ドラムヒータ（加熱部材）
１１１ …ドラムシリンダ（シリンダ部材）
１１２Ｆ，１１２Ｒ …ドラムフランジ（フランジ部材）
１１２ＦＳ，１１２ＲＳ …軸部
１１３Ｆ，１１３Ｒ …フレーム側板
１１４Ｆ，１１４Ｒ …位置決めピン
１１５Ｆ，１１５Ｒ …ドラム支持部材
１１５ＦＢ，１１５ＲＢ …ボールベアリング

Claims (4)

1. 筒状のシリンダ部材の両端に軸部を有するフランジ部材が結合され、作動時に加熱部材によって加熱可能な感光体ドラムと、前記フランジ部材の軸部を嵌合して前記ドラムを回転可能に支持するドラム支持部材と、を有する画像形成装置であって、
   前記フランジ部材の軸部の外径部と前記ドラム支持部材の内径部は、常温時には隙間を持って嵌合され、画像形成装置の作動時には前記フランジ部材の軸部と前記ドラム支持部材が前記隙間なく嵌合されるように前記フランジ部材が前記ドラム支持部材よりも大きく熱膨張することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ドラムに駆動力を伝達するための金属製のドラム軸を有し、前記ドラム軸は前記フランジ部材を貫通する軸であり、前記フランジ部材の軸部の内径部と前記ドラム軸の外径部との間には常に隙間があることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記フランジ部材は線膨張係数が６×１０^−５（cm／cm℃）以上の樹脂材料からなり、前記ドラム支持部材は線膨張係数が２×１０^−５（cm／cm℃）以下の金属材料からな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。
4. 前記フランジ部材の軸部の外径部と前記ドラム支持部材の内径部の常温時の隙間は、５μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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