JP2010091981A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤供給部材への現像剤の入り込みによる硬度上昇が生じても、現像剤担持体と現像剤供給部材及び像担持体と現像剤担持体それぞれにおける当接部での圧力を安定して維持できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像剤ローラと供給ローラとの軸間を一定距離に保持しつつ、感光体ドラムの長手方向に直角で長手方向中央位置を通る断面において、感光体ドラムの回転中心と現像ローラの回転中心を結ぶ直線Ｐ１、現像ローラの回転中心と供給ローラの回転中心を結ぶ直線をＰ２としたときの、直線Ｐ１と直線Ｐ２のなす角を可変にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、像担持体上に形成された静電潜像を現像剤で現像する電子写真方式の画像形成装置に関するものである。

従来、非磁性１成分現像剤を用いた現像方式としては、弾性体ローラにより構成される現像剤担持体を用いた接触現像方式が広く使用されている。

このような現像方式においては、現像剤担持体表面に現像剤を供給し、かつ現像剤担持体表面へ現像剤を供給する供給部材が広く採用されている。

図１６は、一般的な非磁性１成分現像剤を用いた接触現像方式を適用した画像形成装置を示したものである。すなわち、静電潜像が形成される像担持体としての感光体ドラム１０１と、感光体ドラム１０１上の静電潜像を現像するための現像剤担持体としての現像ローラ１０３とを備えている。さらに、現像ローラ１０３に当接して現像剤を供給するための現像剤供給部材としての供給ローラ１０５とを備えている。

供給ローラ１０５によって、現像ローラ１０３上に付与された現像剤は、現像剤規制部材として片持ちタイプのブレード状の規制部材１０４により、コート層規制及び摩擦帯電による電荷付与が行われる。ここで、規制部材１０４は、現像ローラ１０３に接触する金属シート板１０４ａと、これを接着支持する支持板金１０４ｂとから構成される。

現像ローラ１０３上において、コート規制及び電荷付与が行われた現像剤は、感光体ローラ１０１上に形成された静電潜像と、現像ローラ１０３に印加されたバイアスによる電位差により、感光体ドラム１０１上の潜像を現像する。

供給ローラ１０５としては、表面に粗さを持った弾性体や、植毛ブラシ、スポンジ等を用いた供給ローラが広く用いられている（特許文献１、２参照）。現像ローラ１０３への現像剤の供給は、現像ローラ１０３に当接しながら、図１６中、矢印ｄ方向に回転する供給ローラ１０５により行われる。供給ローラ１０５は、現像器内から現像剤を搬送して現像ローラ１０３に付着させると共に、感光体ドラム１０１に移行せずに現像ローラ１０３に残った現像剤を一旦除去する機能も担っている。

供給ローラ１０５による、現像剤の供給能力や、剥ぎ取り能力は、表面の微細構造や、現像ローラ１０３との周速比、現像ローラ１０３との当接圧等の条件により異なるものであり、これらを適切な条件に設定することで、良好な画像形成を実現している。

しかしながら、供給ローラ１０５による現像剤の供給及び剥ぎ取り能力は、使用環境や使用状況で変化しやすく、供給ローラ１０５は、初期状態では供給、剥ぎ取りに問題なかったとしても、使用期間後半では供給、剥ぎ取りが十分に行えない場合があった。これは、使用の後半に至ると、負荷を受け続けた現像剤の付着力等が変化するため、現像剤の持つ供給性や剥ぎ取り性が変化するためである。また、植毛ブラシやスポンジの表面性も磨耗等の影響により変化し、現像剤の供給能力や剥ぎ取り能力が低下するという問題があった。

また、供給ローラ１０５にスポンジを用いる場合、現像装置の使用初期と使用後で、供給ローラ１０５の硬度が変化するという問題があった。この現象は、供給ローラ１０５内
の現像剤含有量の違いが、硬度変化をもたらすものであり、印刷枚数とともに、供給ローラ１０５内部の現像剤含有量が増えることで硬度が高くなる。

これにより、供給ローラ１０５が現像ローラ１０３を感光体ドラム１０１側へ向かって加圧して、現像ローラ１０３と感光体ドラム１０１の加圧力が上昇してしまうものである。現像剤の供給性を高めるためには、スポンジ内部での現像剤の含有量の多い連泡スポンジが有利であるが、前記の問題はより大きな課題となる。

加圧力の上昇は、当接部に介在する現像剤に高い負荷を与えて、現像剤劣化の大きな要因になると共に、当接圧分布ムラの発生を引き起こし、低圧部では、画像の抜けを、高圧部では現像ローラ１０３上への現像剤融着等の発止要因となる。

これらの問題を回避し、供給ローラ１０５の現像剤供給能力と剥ぎ取り能力を維持する方法として、従来から、前記状況の変化に応じ、現像ローラ１０３と供給ローラ１０５との軸間距離を調整する方法が特許文献３に提案されている。
特開昭６０−２２９０６７号公報 特開昭６１−４２６７２号公報 特開２００３−１２２１２１号公報

しかしながら、供給ローラ１０５を移動可能とする機構を設ける場合、供給ローラ軸を支持する軸受部にある程度の開口を設ける必要が生じる。このため、現像剤の漏れを防止するシール部に十分な配慮をしなければならないという問題がある。

また、供給ローラ１０５の移動は数百ミクロン単位で調整する必要があり、これを実現するために、複雑な機構を設けなければならないという問題があった。

本発明の目的は、現像剤担持体と現像剤供給手段との軸間を一定距離に保ったままの簡易な構成で、現像剤担持体と供給部材との加圧力を制御することで、使用期間全域にわたり良好な画像が出力できる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、静電潜像が形成される像担持体と、像担持体に当接して像担持体上の静電潜像を現像するための現像剤担持体と、現像剤担持体に当接して現像剤を供給するための現像剤供給部材と、を有する画像形成装置において、前記現像剤担持体と前記現像剤供給部材との軸間は一定距離を保ち、前記像担持体の長手方向に直角の断面において、前記像担持体の回転中心と前記現像剤担持体の回転中心を結ぶ直線をＰ１、前記現像剤担持体の回転中心と前記現像剤供給部材の回転中心を結ぶ直線をＰ２としたとき、直線Ｐ１と直線Ｐ２のなす角を変更可能とする角度変更手段を設け、該角度変更手段によって直線Ｐ１と直線Ｐ２のなす角を変更することにより、前記現像剤供給部材、現像剤担持体及び像担持体間の相互の加圧力を制御可能としたことを特徴とする。

本発明によれば、現像剤担持体と現像剤供給部材、及び像担持体と現像剤担持体それぞれにおける加圧力を制御することで、使用期間全域にわたり良好な画像を出力することが可能となる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の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、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り、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

［実施例１］

図２は、本発明の実施例１に係る画像形成装置の全体構成を示す断面図である。

本実施例１の画像形成装置は、電子写真プロセス利用のフルカラーレーザプリンタである。本実施例１の画像形成装置は、画像形成装置本体Ａ、及びこれに着脱自在なプロセスカートリッジＢにより構成されている。プロセスカートリッジＢは、帯電装置、現像装置Ｄ、クリーニング装置、及び、像担持体としての感光体ドラム１等が一体となって構成されている。

プロセスカートリッジＢ（Ｂｙ，Ｂｍ，Ｂｃ，Ｂｋ）は、イエロー、マゼンダ、シアン、黒色の各色に対して設けられている。そして、これらが４連に並べられ、各色のプロセスカートリッジでそれぞれ感光体ドラム１上に形成された現像剤による像を、転写装置の中間転写ベルト２０上に転写することでフルカラー画像が形成される。その後、記録材への転写工程、及び定着工程を経て画像が形成されるものである。

ここで、本実施形態においては、現像剤は、各色共に平均粒径６．０μｍの非磁性１成分トナーが使用されている。なお、プロセスカートリッジＢの詳細については後述する。

各色のプロセスカートリッジにより、感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト２０を挟んで、各色の感光体ドラム１の対向位置に設けられた１次転写ローラ２２ｙ，２２ｍ，２２ｃ，２２ｋにより、中間転写ベルト２０上に転写される。そして、中間転写ベルト２０上に転写されたトナー像は、中間転写ベルト２０の移動方向下流側に設けられた２次転写ローラ２３により、一括して記録材上に転写される。なお、中間転写ベルト２０上の未転写トナーは、中間転写ベルトクリーナ２１によって回収される。

記録材Ｐは画像形成装置本体Ａの下部のカセット２４内に積載されており、画像形成動作の要求とともに給送ローラ２５により搬送され、２次転写ローラ２３による転写位置において、中間転写ベルト２０上に形成されたトナー像が転写される。

その後、定着ユニット２６により記録材上のトナー像は記録材に加熱定着され、排出部２７を経て画像形成装置本体Ａの外部に排出される。

本実施形態の画像形成装置においては、各４色のプロセスカートリッジ等を収納する上部のユニットと、転写ユニットや記録材等を収納する下部のユニットとは分離可能になっている。これにより、記録材の詰まり等のジャム発生時や、プロセスカートリッジの交換時において、上下のユニットを分離することで、ジャム処理やカートリッジ交換作業を容易に行うことができる。

次にプロセスカートリッジＢの構成について述べる。

図３は、一方向に並列に配置された４つのプロセスカートリッジＢｙ，Ｂｍ，Ｂｃ，Ｂｋのうち１つのプロセスカートリッジＢについて、その概略構成を示す断面図である。なお、４つのプロセスカートリッジＢｙ，Ｂｍ，Ｂｃ，Ｂｋは、使用するトナーが異なることを除いて、本質的にすべて同じ構成である。

画像形成プロセス（画像形成動作）の中心となる感光体ドラム１には、アルミニウム製シリンダの外周面に機能性膜である下引き層、キャリア発生層、キャリア移送層が順にコーティングされた有機感光体ドラムが用いられている。画像形成プロセスにおいて、感光体ドラム１は所定の速度で図３において矢印ａ方向へ駆動される。

帯電装置としての帯電ローラ２は、導電性ゴムのローラ部が感光体ドラム１に加圧接触されることにより、図３における矢印ｂ方向に従動回転する。ここで、帯電ローラ２の芯金には、帯電工程として、感光体ドラム１に対して−１１００Ｖの直流電圧が印加されており、これにより誘起された電荷によって、感光体ドラム１の表面電位は、−５５０Ｖとなる一様な暗部電位（Ｖｄ）が形成される。

この一様な表面電荷分布面に対して、スキャナユニット１０により、画像データに対応して発光されるレーザ光のスポットパターンは、図３において矢印Ｌで示されるように感光体ドラム１を露光する。感光体ドラム１において露光された部位は、キャリア発生層からのキャリアにより表面の電荷が消失し、電位が低下する。この結果、露光部位は明部電位Ｖｌ＝−１００Ｖ、未露光部位は暗部電位Ｖｄ＝−５５０Ｖの静電潜像が、感光体ドラム１上に形成される。

感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、回転可能な現像剤担持体としての現像ローラ３上において、所定のコート量及び電荷量を持って形成されたトナーコート層により現像される。現像装置Ｄの構成については、後述する。

現像ローラ３は、感光体ドラム１に接触しながら、感光体ドラム１の回転方向に対して順方向（図３において矢印ｃ方向）に回転する。現像ローラ３には、画像形成工程時にＤＣバイアス＝−３５０Ｖが印加されている。そして、現像ローラ３上の摩擦帯電によりマイナスに帯電したトナーが、感光体ドラム１に接触する現像部において、その電位差により、明部電位部にのみ飛翔することで、感光体ドラム１上に形成された静電潜像が実像化される。

各プロセスカートリッジＢの感光体ドラム１に接触する中間転写ベルト２０は、感光体ドラム１に対向した１次転写ローラ２２ｙ，２２ｍ，２２ｃ，２２ｋにより感光体ドラム１に加圧当接されている。また、１次転写ローラ２２ｙ，２２ｍ，２２ｃ，２２ｋには直流電圧が印加されており、感光体ドラム１との間で電界が形成されている。

これにより、感光体ドラム１上で実像化されたトナー像は、前記の加圧接触する転写領域において、電界の力を受けて感光体ドラム１上から中間転写ベルト２０上に転写される。

一方、感光体ドラム１上で中間転写ベルト２０に転写されずに残った未転写トナーは、クリーニング装置Ｃに設置されたウレタンゴム製のクリーニングブレード６により、ドラム表面から掻き落とされ、クリーニング装置Ｃ（クリーニング容器）内に収納される。

現像装置Ｄは、画像形成装置本体Ａに固定された駆動源４０ａと、被駆動部４１にて歯車対を形成しており、駆動源４０ａからの駆動力により、現像装置Ｄが現像ローラ３の回転軸を揺動中心として回転可能となっている。

図４は、現像装置Ｄの概略断面図である。

現像装置Ｄは、現像剤担持体としての現像ローラ３、現像剤供給部材としての供給ロー
ラ５、規制部材４、現像剤ｔ、及び、これらを収納する現像容器などから構成される。現像ローラ３は、感光体ドラム１に当接して感光体ドラム１上の静電潜像を現像するためのもので、供給ローラ５は、現像ローラ３に当接して現像剤としてのトナーｔを供給するためのものである。

規制部材４は、シート状弾性部材が支持部材で支持され、現像ローラ３の表面に当接するように構成されるもので、現像ローラ３上に担持された現像剤の層厚を規制する現像剤層厚規制部材に相当する。

現像ローラ３には、たとえば、外径φ６ｍｍの芯金に導電性の弾性層３ｍｍを形成した、アスカーＣ硬度７０度のφ１２ｍｍの弾性ローラが用いられる。弾性層には、カーボンブラック等の導電性粒子の分散により、体積抵抗値１０６Ωｃｍに調整したＥＰＤＭゴムを用いている。なお、弾性ローラ表層には現像剤への電荷付与機能を持つコート層等を設けるようにしてもよい。また、所定のトナーコート量を得るために表面粗さＲｚは６μｍとした。

なお、本発明における現像ローラ３は、上記のゴムに限定されることなく、ウレタンゴム、シリコーンゴム等、一般的に広く使われるゴムを使用することができ、抵抗値、硬度、表面粗さ等も、現像剤等、他の部材に最適化した条件で使用することができる。

供給ローラ５には、外径φ５ｍｍの芯金上に体積抵抗値１０１４Ωｃｍの絶縁性ウレタンスポンジゴムの弾性層５．５ｍｍが形成された、外径φ１６ｍｍの弾性スポンジローラが用いられる。なお、本発明における供給ローラ５は、スポンジローラに限定されることなく、現像ローラ３に加圧接触し、現像剤の供給性や剥ぎ取り性を有するローラであれば、ソリッドローラや、ブラシローラ等を用いても良い。

現像ローラ３は、感光体ドラム１に接触しながら、感光体ドラム１の回転方向に対して順方向（図４に矢印ｃで示す方向）に回転している。また、供給ローラ５は、現像ローラ３に接触しながら、現像ローラ３の回転方向と逆方向（図４に矢印ｄで示す方向）に回転している。

供給ローラ５は、現像容器内の非磁性一成分トナーである現像剤ｔを付着して、現像ローラ３との接触部に搬送し、現像ローラ３に現像剤ｔを供給する機能を有する。また、供給ローラ５は、現像ローラ３上において、現像部で現像されずに残ったトナーを、現像ローラ３上から剥ぎ取り、現像容器内に回収する機能を有する。

供給ローラ５から現像ローラ３上に供給された非磁性一成分トナーは、現像ローラ３と規制部材４との当接面を通過する際、摩擦帯電により帯電されると共に、コート層厚の規制を受け、所定の帯電量、及びコート層厚を持つトナーコート層が形成される。

図１は、実施例１の特徴である画像形成装置本体中における現像装置Ｄの動きを説明する概略断面図である。

すなわち、現像ローラ３と供給ローラ５との軸間は一定距離を保っている。感光体ドラム１の長手方向に直角の断面において、感光体ドラム１の回転中心と現像ローラ３の回転中心を結ぶ直線をＰ１、現像ローラの回転中心と供給ローラ５の回転中心を結ぶ直線をＰ２とする。この直線Ｐ１と直線Ｐ２のなす角を変更可能とする角度変更機構４０が設けられている。この角度変更機構４０によって、直線Ｐ１と直線Ｐ２のなす角を変更することにより、現像ローラ３、供給ローラ５、及び像担持体間、すなわち感光体ドラム１間の相互の加圧力を制御可能としている。

なお、本実施例においては、供給ローラ５として単泡スポンジであり、その表面に平板を１ｍｍ侵入させたときの荷重が３００ｇｆに達する硬度のものを用いた。本実施例の現像ローラ３と供給ローラ５との加圧力は４００ｇｆであった。

本実施例では、現像装置Ｄは、角度変更機構４０によって、現像ローラ３の回転軸を揺動中心として、現像装置Ｄを構成する全ての部材が一体となって回転可能な構成となっている。現像剤の使用量に伴い、本体中に設けられた回転する駆動源４０ａから、現像装置Ｄ上の被駆動部４１へ駆動力を伝達し、現像装置Ｄ全体を回転させる。ここで、駆動源４０ａと被駆動部４１とは歯車対としているが、摩擦係数の高い部材を用いて摩擦による駆動力の伝達を行ってもよい。

本実施例においては、現像装置Ｄは、現像装置Ｄの使用初期状態に対して、角度変更機構４０により、使用期間の後半で、図中、時計回りの方向に回転移動する。この時、感光体ドラム１、現像ローラ３及び供給ローラ５の、各回転中心の位置関係は、時計回りの回転移動後において、一直線上の配列に近づくように設定されている。具体的には、現像装置Ｄの初期状態から、使用終了時までに６０度回転するようになっている。使用期間は、たとえば、現像装置内の現像剤が無くなるまでの期間、一定の印字枚数を印字する期間等である。本実施例における、感光体ドラム１に対する供給ローラ５と現像ローラ３の配置の変化と、それに伴う作用を、図５及び図６を用いて詳細に説明する。

図５（ａ）に示すように、感光体ドラム１と現像ローラ３、及び、現像ローラ３と供給ローラ５は、それぞれ、所定の回転軸の軸間距離をもって設置されている。感光体ドラム１と現像ローラ３のみが当接した場合の加圧力はＦｄ０、また、現像ローラ３と供給ローラ５のみが当接した場合の加圧力はＦｒ０になっている。

これに対し、３つのローラが、同じ軸間距離を保ったまま、同時に当接した状態では、感光体ドラム１と現像ローラ３の加圧力Ｆｄ、及び、現像ローラ３と供給ローラ５の加圧力Ｆｒは、それぞれ、Ｆｄ０及びＦｒ０より大きくなる（図５（ｂ）参照）。これは、現像ローラ３と供給ローラ５の加圧力Ｆｒに注目した時、現像ローラ３と供給ローラ５のみの当接状態に比して、感光体ドラム１から現像ローラ３に作用する加圧反力Ｆａが作用するからである。すなわち、加圧反力Ｆａは、感光体ドラム１と現像ローラ３の当接による反発力であり、現像ローラ３を押す力としてＦｒ０に加わる。

この現象について、更に図６を用いて詳細に説明する。現像ローラ３と供給ローラ５の加圧力Ｆｒは、長手方向に直角な断面で考えた場合、双方のローラが重なり合う長さと、ローラの硬度により求めることができる。しかし、このような説明では、現像ローラ３が感光体ドラム１と当接していることは、加圧力Ｆｒに影響を与えないことになる。

しかしながら、２本のローラが当接している状態では、長手方向において、ローラの撓みが発生するために、例えば、現像ローラ３と供給ローラ５のみが当接している場合の、長手方向の圧力分布は、図６（ａ）に示すように、両端部に比べて中央部が小さい。

これに対して、現像ローラ３に、感光ドラム１も当接している状態における、現像ローラ３と供給ローラ５の当接部の圧力分布は、図６（ｂ）に示すようになる。圧力全体が上がるが、特に中央部の圧力の上昇が大きく、長手方向での圧分布の均一化が進む。このため、現像ローラ３と供給ローラ５の回転軸間の距離が同じ場合でも、現像ローラ３と感光体ドラム１との当接が、加圧力Ｆｒに影響を与え、加圧力Ｆｒは、加圧力Ｆｒ０よりも大きくなることを理解できる。

本実施例１においては、現像ローラ３と感光体ドラム１との当接による反発力Ｆａの、現像ローラ３と供給ローラ５の当接部に与える影響を制御することにより、現像ローラ３と供給ローラ５の当接状態を、制御することを特徴とする。

すなわち、角度変更機構４０によって、直線Ｐ１と直線Ｐ２のなす角を、所定角度から単調減少させることにより、感光体ドラム１ら現像ローラ３に作用する加圧反力Ｆａの直線Ｐ２方向の分力を増大させ、現像ローラ３と供給ローラ５間の加圧力を増大させる。現像ローラ３と供給ローラ５間の加圧力は、現像剤担持体と現像剤供給部材間の加圧力である。

次に、本実施例の特徴である、各ローラの配置と、その時の、現像ローラ３と供給ローラ５との当接状態を、図５（ｃ）（ｄ）を用いてより詳細に説明する。

図５（ｃ）、（ｄ）中、現像ローラ３の芯金１３と供給ローラ５の芯金１５は、軸受部材３０にて軸間が一定距離に保たれている。 一点鎖線で示されるＰ１は、感光体ドラム１の長手方向に直角で長手方向中央位置を通る断面において、感光体ドラム１の回転中心と現像ローラ３の回転中心を結ぶ直線である。同じく一点鎖線で示されるＰ２は、断面において、現像ローラ３の回転中心と供給ローラ５の回転中心を結ぶ直線である。

Ｐ１とＰ２の角度をθとし、初期状態における角度はθｓ、使用期間後半における角度はθｅとすると、本実施例においては、θｓ＞θｅに設定されている（９０＞θ≧０）。

前記説明において述べたように、現像ローラ３と供給ローラ５との当接状態に影響を与える、感光体ドラム１と現像ローラ３の当接による反発力Ｆａは、前記直線Ｐ１上でその値を持つ。しかし、直線Ｐ２上においては、その分力として、Ｆａ・ｃｏｓθの値を持ち、現像ローラ３と供給ローラ５の当接に加わる力となる。

本実施例においては、θｓ＞θｅとすることで、Ｆａ・ｃｏｓθｅ ＞Ｆａ・ｃｏｓθｓとなり、初期状態よりも、使用期間の後半で、現像ローラ３と供給ローラ５との加圧力が上昇するように設定されている。

現像ローラ３と供給ローラ５との加圧力は、現像ローラ３と供給ローラ５との当接部における当接圧として測定することができる。当接圧の測定は、シート型圧力センサーシステムＩ−ＳＣＡＮ（ニッタ株式会社製）を当接部に挟むことにより行った。

角度θに対する現像ローラ３と供給ローラ５との当接圧の変化を、図７に示す。

感光体ドラム１、現像ローラ３及び供給ローラ５の回転中心が一直線上に並んだ時（θ＝０度）、当接圧は最も高く、θが大きくなるに連れて小さくなる。

本実施例は、現像装置Ｄの使用期間における後半で発生しやすい濃度低下や、画像不良等の問題に対応して改善をするものである。前記濃度低下は、現像装置の使用が進むことで現像装置中の現像剤ｔがストレスを受け、電荷付与能力が低下することを原因として発生しやすい。そのため、熱による現像剤の表面劣化や、湿度による低抵抗化の傾向が顕著になりやすい高温高湿度環境下などでは、特に大きな問題になりやすい。

また、画像不良とは、同様にして現像剤がストレスを受けることで、非常に高い電荷分布をもった現像剤が発生しやすくなることを原因とする。このような現像剤は、現像ローラ３から剥がれにくくなるため、本来の供給ローラ５の持つ機能としての、現像剤の剥ぎ取り効果が働きにくくなる。感光体ドラム１上の潜像を現像した後の、現像ローラ３表面
のコート層は、現像残の像が存在するが、供給ローラ５の剥ぎ取り効果により、現像剤は剥ぎ取られ、一旦、ムラのない状態にリセットされる。

しかしながら、前記説明のように、剥がれにくい現像剤が発生すると、リセットが十分に行われず、供給ローラ５との当接部を通過した後も、現像ローラ３表面には、先の現像残の影響が残った現像剤のコート層が形成される。このため、この現像残の像が、再び、画像上に現れる、所謂ゴースト画像が発生しやすくなるという問題があった。

これらの問題に対して、本実施例においては、現像装置の使用期間における後半で、現像ローラ３と供給ローラ５との加圧力を上げることで、現像剤の供給力を高め、画像濃度の低下を抑えることを可能にしている。また、同様に、加圧力を上げることで、現像剤の剥ぎ取り能力を高め、ゴースト画像の発生を抑えることを可能にしている。

本実施例において、現像装置の回転移動量、すなわち角度調節機構４０の変移量は、あらかじめ移動量のテーブルを作成しメモリーに記憶しておく。そして、実使用状態において、感光体ドラムの回転数や現像剤の消費量等をモニター各種検知器で検出し、ＣＰＵ等の制御部にて前記テーブルに対応するように駆動源４０ａの送り量を演算することにより、適正な移動制御を行っている。移動量のテーブルは、予め、感光体ドラム１の回転数や現像剤の消費量に対する、現像剤の劣化や、供給ローラ５の表面劣化等について、これらの状態の測定から得られたデータを元にして作成される。

図８は、本実施例において使用したテーブルに基づく印字枚数と角度θの関係を示したグラフである。印字枚数１５００枚までは初期の角度６０度のままとし、２０００枚まで段階的に角度を減少させて加圧力を増大させ、２０００枚で角度を０とするようになっている。

なお、本実施例においては、現像装置Ｄを回転させるという簡易な構成で、現像ローラ３に対する供給ローラ５の位置を変化させたが、これに限られるものではない。現像ローラ３に対する供給ローラ５の距離を一定に保ちながら、供給ローラ５の位置を変化させる機構であれば、本発明を実現できる。

このように、本実施例１においては、現像ローラ３に対する、適正な現像剤の供給能力と剥ぎ取り能力を、使用期間全域にわたって維持することができ、良好な画像を安定して維持することが可能となった。

［実施例２］

次に本発明の実施例２について説明する。以下の説明では、主として上記実施例１と異なる点についてのみ説明するものとし、同一の構成部分については同一の符号を付して説明を省略するものとする。

図９は、実施例２の特徴を示す現像装置Ｄ全体の動きを説明する概略断面図である。

本実施例２においては、供給ローラ５として、連泡スポンジであり、その表面に平板を１ｍｍ侵入させたときの荷重が１５０ｇｆに達する硬度のものを用いた。なお、連泡スポンジは、スポンジ内部での現像剤の含有量が多いため、現像ローラ３への供給性を向上させる効果を持つ。

本実施例２でも、実施例１と同様に、現像装置Ｄは、現像ローラ３の回転軸を揺動中心として、現像装置Ｄを構成する全ての部材が一体となって回転可能な構成となっている。
そして、現像装置の使用量に伴い、駆動源４０ａから被駆動部４１へ駆動力を伝達し、現像装置Ｄ全体が回転する角度変更機構４０を備えている。

この実施例２では、角度変更機構４０は、直線Ｐ１と直線Ｐ２のなす角を、使用初期から現像ローラ３の現像剤の含有量がほぼ飽和するまで単調増加させる。これにより、現像ローラ３から供給ローラ５に作用する加圧反力Ｆｂを減少させ、供給ローラ５の現像剤含有量が増大することによる像担持体と現像剤担持体間である感光体ドラム１と現像ローラ３間の加圧力の変化を抑制するようになっている。

したがって、本実施例２における現像装置の回転移動方向は、実施例１とは逆方向に設定されている。本実施例２では、初期の位置から、使用期間の初期段階である印字１００枚目までに、前記角度変更機構により、現像装置Ｄは６０度回転移動する。

以下に、従来例における課題と、それに対する本実施例２における優位性を説明する。

特許文献３においては、従来例の課題として、供給ローラ５のスポンジ層内への現像剤の入り込みによる、供給ローラ５の硬度変化を挙げている。これは、例えば、供給ローラ５のスポンジ層が連泡の場合、供給ローラ５内へ現像剤が入り込み、供給ローラ５の硬度が上がってしまうという現象である。このため、回転軸間の位置が固定のままでは、スポンジ層内の含有する現像剤が少ない初期状態に比べて、供給ローラ５と現像ローラ３との当接部において加圧力が上昇する。本実施例２と同様の構成の画像形成装置における、印字枚数に対する供給ローラ５の重量変化を測定した結果を、図１０に示す。

本実施例における、現像装置Ｄ中の現像剤量は５０ｇであり、印字率５％で印字した場合、約２０００枚まで印字可能であるが、開始から１００枚程度で、供給ローラ５の重量はほぼ飽和していることがわかる。供給ローラ５への現像剤の入り込みは、印字率にはほとんど影響を受けないため、本実施例による構成では、印字１００枚相当程度のローラの回転数で、供給ローラ５への現像剤の入り込み量は、ほぼ飽和すると言える。

なお、現像剤、供給ローラ５の発泡構造、現像装置の構成等により、飽和枚数は異なるが、現像装置の寿命に比べると、比較的早い段階で、供給ローラ５への現像剤の入り込みは飽和する。

特許文献３では、この現象による問題として、供給ローラ５と現像ローラ３との当接部の圧力の上昇に注目しているが、本実施例においては、感光体ドラム１と現像ローラ３との当接部の圧力に注目した。

供給ローラ５が硬度アップすると、供給ローラ５と現像ローラ３との当接部において、加圧力が上昇し、現像ローラ３は感光体ドラム１の回転軸へ向かって曲げ変形を生じさせる。この結果、現像ローラ３と感光体ドラム１との加圧力が上昇し、特に、現像ローラ３の変形は長手方向中央で大きくなるため、長手方向での圧力分布ムラも大きくなってしまう。

供給ローラ５の現像剤の含有による、硬度アップの影響を調べるため、図１０における供給ローラ５を用いて、現像ローラ３と供給ローラ５の各枚数での加圧力を測定した。その結果、スポンジ層内に、十分な量の現像剤を含有した状態では、初期状態に比べて４０％の現像ローラ３との加圧力の上昇が見られた。

供給ローラ５の硬度変化による、感光体ドラム１と現像ローラ３の当接圧の変化を、有限要素法を用いたシミュレーションにより計算した結果を、図１１に示す。

感光体ドラム１、現像ローラ３及び供給ローラ５のそれぞれの位置が固定の場合、感光体ドラム１と現像ローラ３の当接圧分布は、図１１（ａ）のようになり、初期状態に比べて、長手の中央部と両端部で、大きな圧力差を生じた。

これに対して、本実施例における構成を適用させ、供給ローラ５の硬度上昇に合わせて、現像装置Ｄを回転させたところ、その圧力分布ムラの発生は、図１１（ｂ）に示すように大きく軽減できた。以下に、その詳細について、図１２を用いて説明する。

供給ローラ５と現像ローラ３の当接により発生する、直線Ｐ２方向で現像ローラ３が受ける力をＦｂとすると、感光体ドラム１と現像ローラ３の加圧力は、図に示したＦｄに、Ｆｂの直線Ｐ１方向の分力、Ｆｂ・ｃｏｓθを加えたものになる。本実施例においては、初期状態における角度をθｓ、供給ローラ５への現像剤の含有量がほぼ飽和する、印字１００枚後における角度をθｅとすると、θｅ＞θｓとする。このようにすれば、Ｆｂ・ｃｏｓθｓ＞Ｆｂ・ｃｏｓθｓとなり、現像ローラ３が供給ローラ５から受ける力を軽減できる。従って、感光体ドラム１と現像ローラ３の加圧力Ｆｄの変化を抑制することが出来る。

本実施例では、感光体ドラム１と現像ローラ３の当接状態について注目してきたが、課題の原因が、供給ローラ５の硬度アップであるとすると、現像ローラ３と供給ローラ５の当接状態についても注意が必要である。

現像剤を含んだ供給ローラ５の硬度を、正確に把握することは難しい。これは、力を受けたスポンジの変形に伴い、スポンジ層内の現像剤が、流動的に移動可能で、スポンジ層内において、均一な密度で存在しないことによる。

連泡の多孔質体であるスポンジ層内に、十分な量の現像剤を含んだ状態での、現像ローラ３と供給ローラ５の当接圧力の状態を測定したところ、加圧力は４０％程度上昇していたが、ピーク圧の上昇は３％程度とほとんどなかった。これは、スポンジ層内での現像剤が流動的に移動できるためで、最も圧力の高くなる最近接部では、スポンジ内の空隙部が潰され、現像剤は、スポンジ内部にはあまり存在せず、圧力の低い当接部近傍に移動しているためと考えられる。

従って、本実施例では、供給ローラ５の硬度が上昇した場合でも、現像ローラ３との当接幅や当接ピーク圧の変化は少ないと考えられる。

現像ローラ３と供給ローラ５の当接圧に関わる問題として、現像剤の供給性や剥ぎ取り性、また、圧力負荷を受けた時の現像剤の劣化等が挙げられるが、これらの問題は、一般に、総圧よりもピーク圧との関連が、大きいことが分かっている。

また、特に前記トナー劣化については、本実施例による課題は、使用時から印字１００枚程度に関わる現象についてであるため、１００枚目以降の圧上昇と捉えるよりは、初期１００枚目までの圧力不足の現象として捉えることができる。現像剤の劣化等の問題は、現像装置のライフを考えると、大きな問題にならない。

本実施例において課題としている、感光体ドラム１と現像ローラ３の加圧力変化の問題を解決する手段として、特許文献３で提案された構成を比較例１として、本実施例の構成と比較を行う。

本実施例による構成と比較例１の構成を用い、印字初期から１００枚目までの、現像剤
含有による供給ローラ５の硬度変化に対し、感光体ドラム１と現像ローラ３の加圧力の変化を抑えるための、供給ローラ５の適正変位量をシミュレーションにより求めた。

比較例１の構成を図１３に、印字初期から１００枚目での経過に対する供給ローラ５の適正変位量のグラフを図１４に示す。比較例１は、印字初期から１００枚目にかけて、図１３の矢印ｄで示す方向に供給ローラ５が変位する構成となっている。

また、この時の当接圧分布の結果を、初期状態、及び、印字１００枚目について、本実施例の構成における結果を図１５（ａ）、比較例１の構成における結果を図１５（ｂ）に示す。

なお、供給ローラ５の変位量は、比較例１の構成では、現像ローラ３と供給ローラ５の軸間距離の変位量とし、本実施例の構成では、回転移動するため供給ローラ５の回転軸中心の変位量とした。

図１５から分かるように、いずれの構成でも、供給ローラ５を変位させることで、感光体ドラム１と現像ローラ３の当接圧分布のムラを最小限に抑えることが出来る。しかしながら、変位量は、図１４に示すように、比較例１の０．４８ｍｍに対して本実施例は１４．６ｍｍであり、本実施例の構成の方が、明らかに大きいことが分かる。従って、本実施例に比べて、比較例１の構成では、高い精度の変位構成が要求される。

感光体ドラム１と現像ローラ３の加圧力変化の問題は、現像ローラ３の弾性層として、比較的高い硬度のゴムを用いた場合、また、供給ローラ５の弾性層として、連泡スポンジのように、現像剤含有量の多いものを用いた場合に顕著になる。比較例１に対する優位性も、前記問題が顕著になる条件ほど顕著になる。

本実施例２では、図９に示すように、角度調節手段として、画像形成装置本体内に駆動源４０ａを設けており、この駆動源４０ａが被駆動部４１を駆動する機構になっている。被駆動部４１の位置は、駆動源４０ａに要求される精度と変位量から、現像装置Ｄ上に接する場所であれば、自由に選択できる。本実施例では、現像装置Ｄの端部となる、現像ローラ３の回転軸上から４０ｍｍの位置に被駆動部４１を設けることで、比較的大きな変位量を取ることができる。したがって、変位量に対する公差を大きく取ることができるため、低い精度の機構でも本発明を実現できる。

本実施例２においては、本発明を適用することで、感光体ドラム１と現像ローラ３の加圧力変動を抑えることが出来る。その結果、感光体ドラム１と現像ローラ３の当接部における、加圧力の上昇による現像剤劣化や、当接圧分布ムラによる画像の抜け、現像ローラ３上への現像剤融着等の発生を抑えることが可能になった。これにより、現像剤含有による硬度変化の大きい連泡スポンジを用いても、高い現像剤供給性と、良好で安定した画像の両立が可能となった。

なお、上記実施例１，２では、角度変更機構によって、直線Ｐ１と直線Ｐ２の角度を単調減少させる場合と（実施例１）、単調増加させる場合（実施例２）について説明したが、これに限定されるものではない。たとえば、角度を実施例１と実施例２を組み合わせて、使用期間初期には実施例２のように制御し、使用期間の後半で実施例１の制御を行うようにしてもよいことはもちろんである。

本発明の実施例１に係る画像形成装置の角度変更機構の動作状態を示すプロセスカートリッジ近傍の概略断面図。 図１の構成が適用される画像形成装置の一例を示す概略断面図。 図１の角度変更機構が動作した状態のプロセスカートリッジ近傍の概略断面図。 図１の現像装置を示す概略断面図。 実施例１の現像ローラ、供給ローラ、感光体ドラムの間の加圧力の関係を説明するもので、同図（ａ）は現像ローラと感光体ドラム間の加圧力の関係を示す斜視図、同図（ｂ）は現像ローラと供給ローラ間の加圧力の関係を示す斜視図、同図（ｃ）は供給ローラ、現像ローラ及び感光体ドラム間の加圧力の関係を示す斜視図、同図（ｄ）は同図（ｃ）の概略側面図。 （ａ）は実施例１の現像ローラと供給ローラ間の長手方向の当接状態の模式図、（ｂ）は（ａ）の長手方向の当接圧分布を説明するグラフ、（ｃ）は実施例１の現像ローラ、供給ローラ及び感光体ドラム間の長手方向の当接状態の模式図、（ｄ）は（ｃ）の現像ローラと感光体ドラム間の長手方向の当接圧分布を説明するグラフ。 実施例１の供給ローラ配置角度と供給ローラと現像ローラ間の当接圧の関係を示すグラフ。 実施例１の印字枚数と供給ローラ配置角度の関係を示すグラフ。 本発明の実施例２に係る画像形成装置の角度変更機構の動作状態を示すプロセスカートリッジ近傍の概略断面図。 実施例２に用いられる供給ローラの印字枚数に対する重量変化を示すグラフ。 （ａ）は角度変更機構が無い場合の感光体ドラムと現像ローラの長手方向の当接圧分布を示すグラフ、（ｂ）は本発明の実施例２の感光体ドラムと現像ローラの長手方向の当接圧分布を示すグラフ。 （ａ）は供給ローラ、現像ローラ及び感光体ドラム間の加圧力の関係を示す斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）の概略側面図。 比較例１の画像形成装置の移動機構を示す概略断面図。 本発明の実施例２と比較例１の印字枚数と変位量を比較するグラフ。 （ａ）は本発明の実施例２の感光体ドラムと現像ローラ間の長手方向の当接圧分布を示すグラフ、（ｂ）は比較例１の感光体ドラムと現像ローラ間の長手方向の当接圧分布を示すグラフ。 一般的な従来の画像形成装置のプロセスカートリッジ近傍の概略断面図。

符号の説明

Ｄ 現像装置
３ 現像ローラ（現像剤担持体）
４ 規制部材
５ 供給ローラ（現像剤担持体）
４０ 角度変更機構（角度変更手段）
４０ａ 駆動機構
４１ 被駆動機構

Claims (7)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、
   該像担持体に当接して像担持体上の静電潜像を現像するための現像剤担持体と、
   該現像剤担持体に当接して現像剤を供給するための現像剤供給部材と、
   を有する画像形成装置において、
   前記現像剤担持体と前記現像剤供給部材との軸間は一定距離を保ち、前記像担持体の長手方向に直角の断面において、前記像担持体の回転中心と前記現像剤担持体の回転中心を結ぶ直線をＰ１、前記現像剤担持体の回転中心と前記現像剤供給部材の回転中心を結ぶ直線をＰ２としたとき、直線Ｐ１と直線Ｐ２のなす角を変更可能とする角度変更手段を設け、該角度変更手段によって直線Ｐ１と直線Ｐ２のなす角を変更することにより、前記現像剤供給部材、現像剤担持体及び像担持体間の相互の加圧力を制御可能としたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記角度変更手段は、前記直線Ｐ１と直線Ｐ２のなす角を、所定角度から減少させることにより、像担持体から現像剤担持体に作用する加圧反力Ｆａの直線Ｐ２方向の分力を増大させて現像剤担持体と現像剤供給部材間の加圧力を増大させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記角度変更手段は、前記直線Ｐ１と直線Ｐ２のなす角を、現像剤担持体の現像剤の含有量がほぼ飽和するまで増加させることにより、現像剤担持体から現像剤供給部材に作用する加圧反力Ｆｂの直線Ｐ１方向の分力を減少させ、現像剤供給部材の現像剤含有量が増大することによる像担持体と現像剤担持体間の加圧力の変化を抑制することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記現像剤供給部材が連泡の多孔質体であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記角度変更手段により、前記直線Ｐ１と直線Ｐ２のなす角を所定角度から減少させる制御は使用期間の後半において行うことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
6. 前記角度変更手段により、直線Ｐ１と直線Ｐ２のなす角を所定角度から増加させる制御は、使用期間の初期段階において行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の画像形成装置。
7. 前記直線Ｐ１と直線Ｐ２のなす角を変更可能とする角度変更手段は、少なくとも、前記現像剤担持体と前記現像剤供給部材とを有する現像装置を、前記現像剤担持体の回転軸中心において回転させる機構であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの項に記載の画像形成装置。

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