JP2009003280A - 現像装置・プロセスカートリッジ・画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤供給部材及び現像剤担持体の製造精度や組付精度を高めることなくトルクアップ等の問題を一掃でき、製造・組付の容易化による生産性の向上及び生産コストの低減に寄与できるとともに、画質の均一性を実現できる現像装置を提供する。
【解決手段】弾性体で構成された供給ローラ２４は、バネ３１で現像ローラ２５側へ付勢されており、矢印Ｈ方向に変位可能に設けられている。供給ローラ２４の回転軸２４ａには軸受２８が取り付けられており、軸受２８は固定部材２９にガイドされて摺動する。ローラ間の圧接力は供給ローラ２４を付勢する力で制御されて、一定に保たれる。
【選択図】図３

Description

本発明は、像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置、該現像装置を一体に備えたプロセスカートリッジ、該現像装置又はプロセスカートリッジを備えた、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。

この種の現像装置では、例えば、現像ローラ（現像剤担持体）と供給ローラ（現像剤供給部材）を当接した状態で回転させ、現像ケーシング内に収容された一成分現像剤を供給ローラで現像ローラに供給し、供給された現像ローラ上の現像剤を薄層化した後、感光体上の静電潜像に現像バイアスの電界で付着させるようになっている。
現像ローラと供給ローラはそれぞれの回転軸を位置決めされた状態で当接している。

特開平９−３１１５４４号公報 特開２００４−００４３８０号公報

供給ローラを現像ローラに接触させる場合、供給ローラと現像ローラの軸間距離、供給ローラの外径、現像ローラの外径のばらつき等により、供給ローラと現像ローラのつぶし量（当接変形量）がばらつき、圧接力が振れて、トルクアップなどの問題が発生する。
すなわち、圧接しすぎるとトルクアップでモータ異常が発生し、圧接が弱いとトナーの供給不足等により濃度低下（画質低下）を招く。
換言すれば、このような問題を解消するためには、形状、材質上のローラの製造精度を高める必要があるとともに、組付精度を高めるための技能・熟練が要求される。

本発明は、現像剤供給部材及び現像剤担持体の製造精度や組付精度を高めることなくトルクアップ等の問題を一掃でき、製造・組付の容易化による生産性の向上及び生産コストの低減に寄与できるとともに、画質の均一性を実現できる現像装置、該現像装置を有するプロセスカートリッジ、該現像装置又はプロセスカートリッジを備えた画像形成装置の提供を、その目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、現像剤供給部材と現像剤担持体の少なくともどちらか一方が弾性体であり、前記現像剤供給部材と前記現像剤担持体とが接触して回転する現像装置において、前記現像剤供給部材は、前記現像剤担持体に対して接離する方向に変位可能に設けられているとともに、前記現像剤担持体側へ所定の力で付勢されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の現像装置において、前記現像剤供給部材は弾性体であることを特徴とする。
ここで、弾性体とは、現像剤供給部材全体が弾性体である場合、必要な変位量を得るために一部に弾性層を有する場合（例えば表面層のみが弾性体である場合）の双方を含む意味である。
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の現像装置において、前記現像剤供給部材を前記現像剤供給部材へ付勢する力は０．１〜１．０Ｎの範囲であることを特徴とする。

請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置において、前記現像剤供給部材は、付勢部材の弾性変形又は弾性変位により前記現像剤担持体側へ付勢されることを特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項４記載の現像装置において、前記付勢部材は、前記現像剤供給部材の回転中心を通る方向に変位することを特徴とする。
請求項６記載の発明では、請求項４記載の現像装置において、前記付勢部材は、前記現像剤供給部材の周方向に変位することを特徴とする。

請求項７記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置において、前記現像剤供給部材は、前記現像剤担持体と弾性を有する無端状の駆動部材で連結されていることを特徴とする。
請求項８記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置において、前記現像剤供給部材の軸方向端部に現像剤を密封するための弾性シール部材が設けられ、該弾性シール部材が装置の固定部材と接触して変形することにより、前記付勢力が生じていることを特徴とする。
請求項９記載の発明では、請求項２又は３記載の現像装置において、前記現像剤供給部材の弾性部分における前記現像剤担持体に接触している箇所以外の箇所が装置の固定部材と接触し変形することにより、前記付勢力が生じていることを特徴とする。

請求項１０記載の発明では、請求項１〜９のいずれか１つに記載の現像装置において、前記現像剤供給部材の回転方向は、前記現像剤担持体の回転方向と同方向であることを特徴とする。
請求項１１記載の発明では、請求項１０記載の現像装置において、前記現像剤供給部材の付勢方向は、前記現像剤担持体の回転中心よりも回転方向下流であることを特徴とする。
請求項１２記載の発明では、請求項１１記載の現像装置において、前記現像剤供給部材は、装置の一部に沿って移動することを特徴とする。

請求項１３記載の発明では、請求項２〜１２のいずれか１つに記載の現像装置において、前記現像剤担持体は弾性体であることを特徴とする。
請求項１４記載の発明では、現像装置を一体に備え、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、前記現像装置が、請求項１〜１３のいずれか１つに記載の現像装置であることを特徴とする。
請求項１５記載の発明では、画像形成装置において、請求項１〜１３のいずれか１つに記載の現像装置又は請求項１４記載のプロセスカートリッジ備えたことを特徴とする。

本発明によれば、現像剤供給部材及び現像剤担持体の製造精度や組付精度を高めることなくトルクアップ等の問題を一掃でき、製造・組付の容易化による生産性の向上及び生産コストの低減に寄与できるとともに、画質の均一性を実現できる。

以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図７を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る画像形成装置１は、画像形成装置装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジ２と、中間転写ベルト３等を備えている。中間転写ベルト３は支持ローラ４、５に掛け回されている。
プロセスカートリッジ２の感光体ドラム１３上に形成されたトナー像は一次転写ローラ６に印加される転写バイアスにより中間転写ベルト３上に静電的に転写される。
転写されたトナー像は、給紙カセット７から給紙ローラ８により給紙されレジストローラ対９により所定のタイミングで搬送される記録媒体１０に、２次転写ローラ１１に印加される転写バイアスにより静電的に転写される。トナー像を転写された記録媒体１０は、定着装置１２へ送られ、ここで熱と圧力を加えられてトナー像が定着される。
定着を終えた記録媒体１０は図示しない排紙トレイへ排出されてスタックされる。

図２に基づいて画像形成部としてのプロセスカートリッジ２を詳細に説明する。
プロセスカートリッジ２は、像担持体としての感光体ドラム１３と、該感光体ドラム１３の表面を一様に帯電する帯電手段としての帯電ローラ１４と、現像装置１５と、クリーニング手段１６等を一体に備えている。クリーニング手段１６は、クリーニングブラシ１６ａ、クリーニングブレード１６ｂ等を有している。
一様に帯電された感光体ドラム１３の表面には、図示しない光書き込み手段により目的の画像データに基づいて露光ビーム１７が照射され、静電潜像が形成される。

現像装置１５において、トナー収容室１８内に設けられたトナー搬送部材１９、２０は反時計回りの方向で回転し、収容されたトナーをトナー供給室２１の方向に送り出す。
トナー収容室１８とトナー供給室２１との間の仕切り壁２２には開口２３が設けられており、トナー搬送部材１９、２０の動作によって開口２３からトナー供給室２１へとトナーを移動させる。
現像剤供給部材としての供給ローラ２４には、現像バイアスに対してトナーの帯電極性と同方向にオフセットさせた値の供給バイアスが印加される。供給ローラ２４は少なくともローラ表面層が弾性体からなる構造を有している。

トナー供給室２１内に設けられた供給ローラ２４は、一定の力（所定の力）で現像剤担持体としての現像ローラ２５に当接（圧接）して配置される。
この場合、供給ローラ２４と現像ローラ２５のうちすくなくともどちらか一方が弾性体であれば、お互い当接するのは問題ない。但し、現像ローラ２５が非弾性体であれば、後述する規制部材は弾性体にし、感光体ドラム１３はベルトか現像ローラ２５と非接触位置にしておく必要がある。
供給バイアスは、現像ローラ２５との当接部で予備帯電されたトナーを現像ローラ２５に押し付ける方向に作用する。供給ローラ２４は回転し、表面に付着させたトナーを現像ローラ２５の表面に塗布供給する。
現像ローラ２５には感光体ドラム１３との間に電界を形成させるための現像バイアスが印加される。現像ローラ２５は時計回りの方向に回転し、表面に保持したトナーを層規制部材２６および感光体ドラム１３との対向位置へと搬送する。
層規制部材２６は供給ローラ２４と現像ローラ２５の当接位置よりも高い位置に設けられる。

層規制部材２６は、自由端側を現像ローラ２５表面に１０〜４０Ｎ／ｍの押圧力で当接させたもので、その押圧下を通過したトナーを薄層化するとともに摩擦帯電によってトナーに電荷を付与する。
層規制部材２６には摩擦帯電を補助するために、現像バイアスに対してトナーの帯電極性と同方向にオフセットさせた値の規制バイアスが印加される。
感光体ドラム１３は反時計回りの方向に回転しており、従って現像ローラ２５の表面は、感光体ドラム１３との対向位置において感光体ドラム１３の進行方向と同方向に移動する。薄層化されたトナーは、現像ローラ２５の回転によって感光体ドラム１３との対向位置へ搬送され、現像ローラ２５に印加された現像バイアスと感光体ドラム１３上の静電潜像によって形成される潜像電界に応じて、感光体ドラム１３の表面に移動し現像される。
感光体ドラム１３上に現像されずに現像ローラ２５上に残されたトナーが再びトナー供給室２１へ戻る部分には、入り口シール２７が現像ローラ２５に当接して設けられ、トナーは現像装置外部に漏れ出ないように封止される。

ここで、現像ローラ２５に圧接された供給ローラ２４は、圧接しすぎると、トルクアップでモータ異常が発生し、圧接が弱いとトナーの供給不足および現像ローラ２５上のトナーを掻き取る力が不十分になり、画像濃度低下を招く。
図６に示すように、従来の如く供給ローラ２４の位置（回転軸の位置）が固定されている場合、現像ローラ２５、供給ローラ２４の軸間距離がばらついたときや各々の外径がばらついたとき、図７に示すように、弾性部分のつぶし量（弾性変形量）が変化し、ローラ間の圧接力がばらついてしまう。
この問題に対処すべく、本実施形態では、図３に示すように、供給ローラ２４の位置を現像ローラ２５に対して接離する方向（矢印Ｈ方向）に変位可能にし、供給ローラ２４を付勢する構成としている。現像ローラ２５の回転軸２５ａは位置固定されている。
具体的に説明すると、供給ローラ２４の回転軸２４ａの端部に軸受２８が取り付けられており、軸受２８は図示しない現像装置本体に固定されたガイド部材２９のガイド面を摺動するようになっている。軸受２８と現像装置本体の固定部材３０との間には付勢部材としてのバネ３１が設けられており、供給ローラ２４は現像ローラ２５に対して所定の力Ｆで付勢されている。バネ３１は供給ローラ２４の回転中心を通る方向に変位する。
なお、現像ローラ２５の回転軸２５ａには図示しない駆動源からの駆動力を受ける駆動ギアが取り付けられており、供給ローラ２４は摩擦により従動回転する。

このように供給ローラ２４を変位可能な構成とすることで、図４及び図５に示すように、ばらつきでつぶし量が多くなりそうなときは、ローラ間の圧接力を逃がすかたちで、供給ローラ２４の位置が現像ローラ２５から離れて、結果、圧接力は減少する。
また、つぶし量が小さくなりそうなときは、付勢された供給ローラ２４が現像ローラ２５に近づき、結果、圧接力は上昇する。よって、圧接力は供給ローラ２４を付勢する力で制御されて、一定に保たれる。
このため、現像ローラ２５と供給ローラ２４間の距離、現像ローラ２５と供給ローラ２４の外径が変化しても安定した品質が得られる。
供給ローラ２４、現像ローラ２５の製造精度、これらのローラの組付精度に余裕ができるので、製造・組付の容易化による生産性の向上及び生産コストの低減に寄与できるとともに、画質の均一性を実現できる。

上記のように、供給ローラ２４の少なくとも表面層は弾性体で形成されているので、ローラ表面の摩擦力で現像剤を搬送し、現像ローラ２５に供給する。これにより、現像剤の供給性が向上し、十分な画像濃度が確保される。
供給ローラ２４と現像ローラ２５間の圧接力は０．１〜１．０Ｎが好ましい。表１（実験結果）に示すように、この値よりも低いと現像ローラ２５からの現像剤の掻き取り力が低下し、残像メモリーが発生する。大きいとトルクアップが発生する。
ローラ間の圧接力を最適範囲とすることで、現像ローラ２５上のトナーの掻き取り力が確保でき、残像メモリーの発生を抑制できるとともに、トルクアップを抑制できる。
また、本実施形態ではバネ３１により付勢しているので、簡単な構成で供給ローラ２４を現像ローラ２５に押し当てることが可能になる。

図８に第２に実施形態を示す。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する（以下の他の実施形態において同じ）。
本実施形態では、供給ローラ２４の回転軸２４ａに取り付けられた円形の軸受３２の外周面に沿うようにバネ３３が設置されている。
バネ３３の両端は現像装置本体に固定されており、バネ３３は供給ローラ２４の周方向（矢印Ｖ方向）に変位する。なお、回転軸２４ａのガイド構成は省略している。

図９に第３の実施形態を示す。
本実施形態では、供給ローラ２４の回転軸２４と現像ローラ２５の回転軸２５ａにはそれぞれ、ギア３４、３５が取り付けられている。ギア３４、３５間には弾性を有する無端状の駆動部材としての歯付ベルト３６が掛け回されており、供給ローラ２４は同期回転駆動される。
歯付ベルト３６の弾性により付勢力Ｆが確保されており、歯付ベルト３６の矢印Ｈ方向の変位によりバラツキが制御される。歯付ベルト３６は付勢部材と駆動部材とを兼ねている。これにより簡単な構成で付勢と駆動を実現できる。なお、回転軸２４ａのガイド構成は省略している。

図１０に第４の実施形態を示す。
この種の現像装置では、供給ローラ２４の端部からのトナー漏れを防止するために軸端部に弾性シール部材が設けられるが、本実施形態ではこの弾性シール部材を付勢部材として利用している。
図１０に示すように、供給ローラ２４の回転軸２４ａの端部には弾性シール部材３７が取り付けられており、供給ローラ２４の軸方向からのトナー漏れが密封されている。
弾性シール部材３７は現像装置本体側の固定部材３８で押し潰されて変形しており、この変形により付勢力Ｆが生じている。予め備えられている部材を付勢部材として利用しているので、構成の簡易化を図ることができる。なお、回転軸２４ａのガイド構成は省略している。

図１１に第５の実施形態を示す。
本実施形態では、供給ローラ２４のローラ本体２４ｂ（弾性体）の両端部に現像装置本体側の固定部材３９を押し付け、その変形により付勢力Ｆが生じている。
固定部材３９の接触面はローラ本体２４ｂの外周面に沿った形状を有しており、且つ、固定部材３９とローラ本体２４ｂとの間の摩擦力は、ローラ本体２４ｂと現像ローラ２５との間の摩擦力よりも低く設定されている。
換言すれば、固定部材３９とローラ本体２４ｂとの間の摩擦力は、現像ローラ２５による供給ローラ２４の摩擦従動回転を阻害しないレベルに設定されている。
付勢部材を別途用意することなく付勢力を得ることができるので、構成の簡易化を図ることができる。

図１２に第６の実施形態を示す。
本実施形態では、現像ローラ２５上のトナーを供給ローラ２４で機械的に掻き取るために、供給ローラ２４の回転方向を現像ローラ２５の回転方向と同じ方向に回転させるようにしている。
このようにすれば、現像ローラ２５と供給ローラ２４の接触部分でお互いの移動方向は逆になり、機械的掻き取り効果は向上する。
供給ローラ２４と現像ローラ２５の接触部におけるニップ安定化と、トルクアップ抑制のために、供給ローラ２４の付勢方向は、現像ローラ２５の回転中心を通る方向よりも、供給ローラ２４の回転方向における下流の方が効果的である。

図１３に第７の実施形態を示す。
本実施形態では、供給ローラ２４の付勢方向を回転方向下流とする構成において、付勢方向を確実に得ることを目的としている。
軸受２８は現像装置本体側の固定部材４０の溝４０ａに係合しており、軸受２８が固定部材４０にガイドされてバネ３１の付勢力で移動することにより、付勢方向が確実に得られる。

現像ローラ２５を弾性体とし、アルミニウム管を使った感光体ドラム１３に接触させて現像する接触現像方式とすることにより、高画質化を実現できる。（第８の実施形態）。

上記各実施形態ではモノクロ機においての適用を例示したが、多色画像形成装置、タンデム型カラー画像形成装置（中間転写方式、直接転写方式）においても同様に実施することができる。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の概要構成図である。 プロセスカートリッジの拡大図である。 現像ローラに対する供給ローラの付勢構成を示す図である。 供給ローラの可動構成を示す模式図である。 ローラ間の圧接と供給ローラのつぶし量との関係を示すグラフである。 従来における供給ローラの位置固定構成を示す模式図である。 従来におけるローラ間の圧接と供給ローラのつぶし量との関係を示すグラフである。 第２の実施形態に係る供給ローラの付勢構成を示す図である。 第３の実施形態に係る供給ローラの付勢構成を示す図である。 第４の実施形態に係る供給ローラの付勢構成を示す図である。 第５の実施形態に係る供給ローラの付勢構成を示す図である。 第６の実施形態に係る供給ローラの付勢方向を示す図である。 第７の実施形態に係る供給ローラの付勢構成を示す図である。

符号の説明

２ プロセスカートリッジ
１５ 現像装置
２４ 現像剤供給部材としての供給ローラ
２４ｂ 弾性部分
２５ 現像剤担持体としての現像ローラ
３１、３３ 付勢部材としてのバネ
３６ 無端状の駆動部材としての歯付ベルト
３７ 弾性シール部材
３８、３９ 固定部材

Claims (15)

1. 現像剤供給部材と現像剤担持体の少なくともどちらか一方が弾性体であり、前記現像剤供給部材と前記現像剤担持体とが接触して回転する現像装置において、
   前記現像剤供給部材は、前記現像剤担持体に対して接離する方向に変位可能に設けられているとともに、前記現像剤担持体側へ所定の力で付勢されていることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１記載の現像装置において、
   前記現像剤供給部材は弾性体であることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２記載の現像装置において、
   前記現像剤供給部材を前記現像剤供給部材へ付勢する力は０．１〜１．０Ｎの範囲であることを特徴とする現像装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置において、
   前記現像剤供給部材は、付勢部材の弾性変形又は弾性変位により前記現像剤担持体側へ付勢されることを特徴とする現像装置。
5. 請求項４記載の現像装置において、
   前記付勢部材は、前記現像剤供給部材の回転中心を通る方向に変位することを特徴とする現像装置。
6. 請求項４記載の現像装置において、
   前記付勢部材は、前記現像剤供給部材の周方向に変位することを特徴とする現像装置。
7. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置において、
   前記現像剤供給部材は、前記現像剤担持体と弾性を有する無端状の駆動部材で連結されていることを特徴とする現像装置。
8. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置において、
   前記現像剤供給部材の軸方向端部に現像剤を密封するための弾性シール部材が設けられ、該弾性シール部材が装置の固定部材と接触して変形することにより、前記付勢力が生じていることを特徴とする現像装置。
9. 請求項２又は３記載の現像装置において、
   前記現像剤供給部材の弾性部分における前記現像剤担持体に接触している箇所以外の箇所が装置の固定部材と接触し変形することにより、前記付勢力が生じていることを特徴とする現像装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１つに記載の現像装置において、
    前記現像剤供給部材の回転方向は、前記現像剤担持体の回転方向と同方向であることを特徴とする現像装置。
11. 請求項１０記載の現像装置において、
    前記現像剤供給部材の付勢方向は、前記現像剤担持体の回転中心よりも回転方向下流であることを特徴とする現像装置。
12. 請求項１１記載の現像装置において、
    前記現像剤供給部材は、装置の一部に沿って移動することを特徴とする現像装置。
13. 請求項２〜１２のいずれか１つに記載の現像装置において、
    前記現像剤担持体は弾性体であることを特徴とする現像装置。
14. 現像装置を一体に備え、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、
    前記現像装置が、請求項１〜１３のいずれか１つに記載の現像装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
15. 請求項１〜１３のいずれか１つに記載の現像装置又は請求項１４記載のプロセスカートリッジ備えた画像形成装置。

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