JP2019159235A - Developing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、現像装置及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a developing device and an image forming apparatus.
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。 In various rollers and belt members used in an electrophotographic image forming apparatus, the surface state changes over time due to filming of toner and paper powder. Such a change in the surface state may cause various problems such as a noise due to rubbing and a torque increase due to an increase in sliding load.
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。
In order to solve such a problem, a technique for applying a lubricant to the surface of the photoconductor (see, for example, Patent Document 1) has been proposed for the purpose of preventing fusion of toner and external additives to the surface of the photoconductor. .
However, in the above-described technique, a lubricant application unit that applies a lubricant to the surface of the photoreceptor is required, and a space for laying out the lubricant application unit in the image forming apparatus main body is required. It is difficult to reduce the size of the main body. In addition, there is a problem that it is difficult to reduce the cost due to the component cost.
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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to suppress problems caused by fluctuations in the surface state of a roller or a belt member while realizing a reduction in size and cost of an image forming apparatus main body.
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。 In order to achieve the above object, the present invention provides a roller-shaped developer carrier that abuts an image carrier at a predetermined pressure, a support that rotatably supports the developer carrier, and the developer carrier. And a support shaft that rotatably supports the support so that the image carrier can be contacted and separated from the image carrier, and the support shaft is a contact portion where the developer carrier abuts the image carrier. The developing device is located within ± 5 ° with respect to the tangent to the surface of the developer carrying member.
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。 According to the present invention, it is possible to suppress problems caused by fluctuations in the surface state of the roller and the belt member while realizing a reduction in size and cost of the image forming apparatus main body.
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。
FIG. 1 shows an example of an
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
As shown in FIG. 2, a
The developing
The developing
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。
The
The
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。
The
The
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。
As shown in FIG. 1, the
The
The
The
The
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。
The
The
The
The
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。
In each
The toner stored on the
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。
The yellow, cyan, magenta, and black color toner images formed by the
The toner that is not transferred to the
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。
On the other hand, the sheet fed from the
Since a voltage having a polarity opposite to the charging polarity of the toner is applied to the
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。
As described above, the developing
In addition to the spring pressure F, the forces that may act as a pressing force for pressing the developing
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。 When the pressing force fluctuates, various problems such as a noise due to rubbing and a torque increase due to an increase in the sliding load may occur. Therefore, it is desirable that the pressing force be constant. For this reason, it is necessary to prevent the force that easily fluctuates from acting as a pressing force.
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。
Each of the above-described forces F, W, S, and P acts on the
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。
The arm length of the spring pressure F is desirably as long as possible in order to bring the developing
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。
The magnitude of the frictional force P varies depending on the type of developing roller, photoreceptor and toner used. Even in a system using the same developing roller, photoconductor, and toner, changes in the surface condition over time due to wear on the developing roller surface layer, toner filming, etc., the color type of the toner, and the external additives on the toner surface The frictional force P varies greatly due to peeling or the like. In order to cope with such fluctuations, that is, to prevent the influence of fluctuations in the frictional force P from being exerted on the pressing force, the
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。
Table 1 shows whether or not a failure occurs when the installation angle of the
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。
When the installation angle of the
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。
When the installation angle of the
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。
As shown in Table 1, no trouble occurred when the installation angle of the
Note that the tangent to the surface of the developing
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。
Since the own weight W of the developing
Similarly, with respect to the sealing pressure S of the connecting
In the present embodiment, the installation angle of the
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)。
In this embodiment, the confirmation was made when the dynamic friction coefficient between the developing
First, in the
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。
As described above, the rotation directions of the
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。
When the linear velocity ratio of the developing
In addition, when the ratio of the linear velocity of the developing
As shown in Table 2, no trouble occurred when the linear speed ratio of the developing
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。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and the present invention described in the claims is not specifically limited by the above description. Various modifications and changes are possible within the scope of the above.
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。 The effects described in the embodiments of the present invention are only the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not.
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
DESCRIPTION OF
Claims (7)
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。 A roller-shaped developer carrier that contacts the image carrier at a predetermined pressure;
A support that rotatably supports the developer carrier;
A support shaft that rotatably supports the support so that the developer-carrying member can come into contact with and separate from the image carrier;
The developing device is a developing device in which the support shaft is located within ± 5 ° with respect to a tangent line of the surface of the developer carrier at a contact portion where the developer carrier contacts the image carrier.
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。 The developing device according to claim 1,
A developing unit including the developer carrier and the support;
The developing device according to claim 1, wherein the support shaft is located on a vertical line passing through the center of gravity of the developing unit.
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。 The developing device according to claim 1 or 2,
The support has a connecting portion to which a toner cartridge is connected,
The developing device, wherein the support shaft is positioned on a vertical line passing through the connecting portion.
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。 The developing device according to any one of claims 1 to 3,
A developing device, wherein a coefficient of dynamic friction between the image carrier and the developer carrier is 0.5 or more.
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。 In the developing device according to any one of claims 1 to 4,
A developing device characterized in that a linear velocity ratio of the developer carrier to the image carrier is 1.1 or more and 1.6 or less.
前記像担持体を有することを特徴とする現像装置。 The developing device according to any one of claims 1 to 5,
A developing device comprising the image carrier.
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