JP4058634B2

JP4058634B2 - 現像装置

Info

Publication number: JP4058634B2
Application number: JP2003285766A
Authority: JP
Inventors: 昭彦池上; 友衛有賀
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2023-03-12
Also published as: JP2004004960A

Description

本発明はプリンターやファクシミリ等のシート材に画像形成を行なう画像形成装置に用いる現像装置の構成に関するものであり、より詳しくは現像ローラを感光体に接触させて回転させる電子写真用現像装置に関する。

従来の現像装置の例としては、特開昭６１−２９０４５７号公報及び特開平５−６６６５８号公報に示された如き構造のものが知られている。一方の特開昭６１−２９０４５７号公報に開示される従来技術では、感光体表面に接しつつ回転する現像ローラを設けた現像ユニットが、感光体に接する方向に旋回自在に支持されており、また、その現像ユニットとは別に、現像ローラを回転駆動する上での入力駆動部をなす駆動回転体を備えていて、この駆動回転体による駆動力の作用点が、現像ユニット支持部を含むこの近傍に位置するように、駆動回転体の配置位置を定める構造であり、現像ローラの感光体に対する接触圧を一定に保つものであった。ところが、この配置では現像ローラの感光体に対する接触圧の変動要因を充分に取り除いたとは言えず、例えば感光体と現像ローラの摩擦係数が変動すると、それにつれて接触圧が変動してしまうことがあった。つまり、圧接状態を安定的に確保するのは難しいものであった。

また、他方の特開平５−６６６５８号公報に開示される従来技術では、現像器を支軸を中心として回動自在に支持し、その現像器を付勢部材で感光体側に付勢する電子写真装置において、その支軸を中心として回転自在に、駆動源からの回転が伝達され且つ現像器の現像ローラに回転を伝達する歯車を設けてなる電子写真装置で、駆動源からの回転伝達時に現像ローラを感光体に強く押しつけたり、現像ローラを感光体から離そうとする力が大きくならないものであった。ところがこの構造では、駆動源からの回転駆動力が、回動自在に支持された現像器に実際に伝達される場所は、支軸を中心として回転自在に設けられた歯車部分ではなく、その歯車が次の歯車に回転駆動力を伝達する噛み合い点であるため、駆動源からの回転伝達時に現像ローラと感光体との間に働く力の変動を小さくする効果は不十分なものであった。つまり、圧接状態を安定的に確保するのは難しいものであった。

本発明は上記の様な課題を解決するもので、その目的とするところは、駆動源からの回転伝達時に現像ローラと感光体との間の圧接力の変動を小さくするとともに、使用する現像ローラの特性に応じた自由な圧接力を設定し、感光体と現像ローラとの圧接状態を安定的に確保することを可能にするものである。

本発明の現像装置は、潜像を形成する感光体（７）と、前記感光体（７）に対して支持部（８）を中心にして揺動可能に支持された現像ユニット（１）と、前記現像ユニット（１）に設けられ、前記現像剤を周面に担持して前記感光体（７）に接しつつ回転し、前記感光体（７）に露光して形成された潜像にトナーを現像して顕像化する現像ローラ（５）とを有する現像装置において、前記支持部（８）は前記現像ローラ（５）と一体に構成されている現像ローラ被駆動歯車（５０１）は、現像ユニットに配設された被駆動歯車（５０２）を介して画像形成装置本体側に配設された駆動歯車（５０３）に接続され、前記駆動歯車（５０３）と前記現像ユニットに配設された被駆動歯車（５０２）との駆動力の伝達点（２３１）が、前記支持部（８）の位置とほぼ一致し、前記感光体（７）と現像ローラ（５）との接線を通り、感光体（７）と現像ローラ（５）の中心とを結ぶ直線に直交する直線を直線とし、前記支持部（８）をこの直線上の一点にほぼ一致させ、さらに、前記支持部（８）が前記現像ユニットの重心（８１）を含む鉛直線上の一点にほぼ一致するように、前記駆動歯車（５０３）と前記現像ユニットに配設された被駆動手段を配置したことを特徴とする。

以上述べた様に本発明の現像装置は、現像ユニットの内部の可動部分の負荷トルクが変動したり、あるいは駆動源からの駆動トルクが増減したりするようなトルク変動が起きて、駆動歯車から被駆動歯車への伝達力が変化したとしても、現像ユニットへの回転モーメントが発生する事はなく、感光体への現像ローラの圧接力はトルク変動の影響を受けないものであり、安定的に圧接力を確保できるものである。

さらに、現像ローラに軟らかい材質のものを使う等の事情によって、現像ユニットの現像ユニット支持部を中心とした揺動角が大きくなっても、回転モーメントの発生が微小量に抑えられるため、感光体に対する現像ローラの圧接力は、事実上無視できる程度の変動に抑えられるものであり、安定的に圧接力を確保できるものである。

また、感光体と現像ローラとの間の摩擦係数が変動しても、感光体に対する現像ローラの圧接力は変動することなく安定的に確保することができる。また、圧接力が安定しているために必要以上の摩耗が防止でき、感光体および現像ローラの耐久性が向上する。さらに、印字紙サイズとしてＡ４まで対応できる現像装置に対して、２倍以上の印字紙サイズであるＡ３ノビの印字紙サイズにまで対応できる寸法の現像装置を構成しても、感光体に対する現像ローラの圧接力は変動することなく安定的に確保することができる。

以下、図１〜図８を用いて本発明を詳細に説明する。

（比較例１）まず、図１および図２に基づいて本発明の第１の比較例の構成と動作を説明する。図１に示した本例の現像装置は、ユニット構成された現像ユニット１内にトナー２が収納されている。トナー攪拌部材３によって攪拌され続けるトナー２を、回転する供給ローラ４によって現像ローラ５に摩擦帯電しながら供給する。トナー２を供給され、担持した現像ローラ５は、規制ブレード６によってトナー２の層厚を規制しながらトナー２の帯電量を調整する。現像ローラ５上で所定の厚さと帯電量に調整されたトナー２を、現像ユニット１の外部に固定され回転している感光体７上の静電潜像に、所定のバイアスを与えながら回転摺擦することで現像する。図中の数字を付与してない矢印は、各々ローラおよび攪拌部材の回転方向を示す。

現像ユニット１は、感光体７に対して揺動離接可能なように、図示してない画像形成装置本体または同様に感光体７を保持する図示してない感光体ユニットに対して、現像ユニット１の左右側面に設けた現像ユニット支持部８によって保持されており、現像ユニット１と画像形成装置本体との間、または現像ユニット１と感光体ユニットとの間に配置した圧接バネ９によって、感光体７に対する現像ローラ５の圧接力を所定の値に設定している。

ここで、図２の回転駆動系の主要伝達部説明図において、現像ローラ軸を介して現像ローラ５と一体に構成されている現像ローラ被駆動歯車５０１は、現像ユニット１に配設された被駆動歯車５０２を介して画像形成装置本体側に配設された駆動歯車５０３に接続され、画像形成装置本体側から回転駆動力を伝達される。

このとき、感光体７と現像ローラ５との接点を通り、感光体７の中心と現像ローラ５の中心とを結ぶ直線に直交する直線を直線５７として、現像ユニット支持部８をこの直線５７上の一点にほぼ一致する位置に配置した。ここで、感光体７と現像ローラ５との間で、摩擦力は直線５７に沿って矢印５７１の様な向きと大きさで発生するので、直線５７上に配置した現像ユニット支持部８の回りに、現像ユニット１を回転させるモーメントがこの摩擦力によって発生する事は無い。従って、環境変動その他の原因で現像ローラ５と感光体７との間の摩擦係数が変動しても、現像ユニット１を回転させるモーメントが変動することはなく、感光体７に対する現像ローラ５の圧接力は変動することなく安定的に確保できる。

本例の構成で、温度および湿度を１０℃・１５％ＲＨから３５℃・６５％の範囲で変化させて印字したが、トルクは変動したものの画質には変化が見られず、また、ジッタによる濃度変動も見られずに、良好な圧接力を確保できていることが確認できた。また、圧接力が安定しているために必要以上の摩耗が防止でき、感光体７および現像ローラ５の耐久性が向上したことが確認できた。さらに、印字紙サイズとしてＡ４まで対応できる現像装置に対して、２倍以上の印字紙サイズであるＡ３ノビの印字紙サイズにまで対応できる寸法の現像装置を構成しても、環境変化に対して画質は同様に安定しており、圧接力が安定的に保たれていること、また、耐久性も変わらないことが確認できた。

（比較例２）次に、図３に示した回転駆動系の主要伝達部説明図に基づいて本発明に基づく別の例の構成と動作を説明する。ただし、図１との重複説明を避けるため、同一の記号を付して説明を省略する。図３において、現像ユニット１の重心８１を図中×印で示した位置に来るように構成し、現像ユニット支持部８を、現像ユニット１の重心８１を含む鉛直線上の一点にほぼ一致させて配置した。

ここで、現像ユニット１内に存在するトナーの量を、図示してないトナー供給装置により変動量が約２０％以内に収まるように管理しながら供給すると、実質的に現像ユニット１の重心位置の変化は観測できず、印字した画質も安定しており、圧接バネ９のバネ力にのみ依存した安定した圧接力が確保できていることが確認できた。ただし、現像ローラ５の表面硬度はＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度で約６０度とし、現像ユニット１の重量は約１ｋｇ、このうちトナー２の重量は約２５０ｇであり、さらに圧接バネ９の荷重は約１ｋｇｆの設定と約２ｋｇｆの設定とで比較実験した。

このように、現像ユニット支持部８を、現像ユニット１の重心８１を含む鉛直線上の一点に、ほぼ一致させて配置することにより、感光体７に対する現像ローラ５の圧接力は、現像ユニット１の重量の制約を受けることなく、圧接バネ９の荷重にのみ依存する任意の値に決めることができる。従って現像ローラ５の硬度やトナー２の特性に合わせた圧接力を自由に選択できる。さらに、圧接力の全部または一部を重力に依存する場合と異なり、圧接力のバネ定数を任意に選択できるので、外部から伝えられる振動等に起因して感光体７と現像ローラ５の間に生ずる振動的挙動に対しても、適切な減衰効果を与えることができ、さらに安定した圧接力が得られる。

（比較例３）図４の回転駆動系の主要伝達部説明図において、現像ローラ軸を介して現像ローラ５と一体に構成されている現像ローラ被駆動歯車５０１は、現像ユニット１に配設された被駆動歯車５０２を介して画像形成装置本体側に配設された駆動歯車５０３に接続され、画像形成装置本体側から回転駆動力を伝達される。

このとき、感光体７と現像ローラ５との接点を通り、感光体７の中心と現像ローラ５の中心とを結ぶ直線に直交する直線を直線５７として、現像ユニット支持部８をこの直線５７上の一点にほぼ一致する位置に配置した。ここで、感光体７と現像ローラ５との間で、摩擦力は直線５７に沿って矢印５７１の様な向きと大きさで発生するので、直線５７上に配置した現像ユニット支持部８の回りに、現像ユニット１を回転させるモーメントがこの摩擦力によって発生する事は無い。
従って環境変動その他の原因で現像ローラ５と感光体７との間の摩擦係数が変動しても、現像ユニット１を回転させるモーメントが変動することはなく、従って感光体７に対する現像ローラ５の圧接力は変動することなく安定的に確保できる。

さらに、現像ユニット１の重心８１は図中×印で示した位置に来るように構成し、現像ユニット支持部８を、現像ユニット１の重心８１を含む鉛直線上の一点にほぼ一致させて配置した。

ここで、現像ユニット１内に存在するトナーの量を、図示してないトナー供給装置により変動量が約２０％以内に収まるように管理しながら供給すると、実質的に現像ユニットの重心位置の変化は観測できず、印字した画質も安定しており、圧接バネ９のバネ力にのみ依存した安定した圧接力が確保できていることが確認できた。ただし、現像ユニット１の重量は約１ｋｇ、このうちトナー２の重量は約２５０ｇであり、さらに圧接バネ９の荷重は約１ｋｇｆの設定と約２ｋｇｆの設定とで比較実験した。

本例の構成で、さらに温度および湿度を１０℃・１５％ＲＨから３５℃・６５％の範囲で変化させて印字したが、トルクは変動したものの画質には変化が見られず、良好な圧接力を確保できていることが確認できた。また、圧接力が安定しているために必要以上の摩耗が防止でき、感光体７および現像ローラ５の耐久性が向上したことが確認できた。さらに、印字紙サイズとしてＡ４まで対応できる現像装置に対して、２倍以上の印字紙サイズであるＡ３ノビの印字紙サイズにまで対応できる寸法の現像装置を構成しても、環境変化に対して画質は同様に安定しており、圧接力が圧接バネ９のバネ力のみに依存して安定的に保たれていること、また、耐久性も変わらないことが確認できた。

（比較例４）図５の回転駆動系の主要伝達部説明図において、現像ローラ軸を介して現像ローラ５と一体に構成されている現像ローラ被駆動歯車５０１は、現像ユニット１に配設された被駆動歯車５０２を介して画像形成装置本体側に配設された駆動歯車５０３に接続され、画像形成装置本体側から回転駆動力を伝達される。

このとき、被駆動歯車５０２への駆動歯車５０３からの駆動力の作用方向の延長線を直線２３で表す。この直線２３が現像ユニット支持部８とほぼ一致するように現像ユニット支持部８を配置した。この配置のとき、被駆動歯車５０２への駆動歯車５０３からの駆動力は、現像ユニット支持部８を含む直線上にあるため、現像ユニット１に回転モーメントを発生する事はないから、現像ユニット１の内部の可動部分の負荷トルクが変動したり、あるいは図示されていない駆動源からの駆動トルクが増減したりするようなトルク変動が起きて、駆動歯車５０３から被駆動歯車５０２への伝達力が変化したとしても、現像ユニット１への回転モーメントが発生する事はなく、感光体７への現像ローラ５の圧接力は圧接バネ９のバネ力にのみ依存し、トルク変動の影響は受けないこととなる。

本例の構成で、温度および湿度を１０℃・１５％ＲＨから３５℃・６５％の範囲で変化させて印字したが、トルクは変動したものの画質には変化が見られず、また、どの環境でもジッタの影響による濃度変動も見られず、良好な圧接力を確保できていることが確認できた。また、圧接力が安定しているために必要以上の摩耗が防止でき、感光体７および現像ローラ５の耐久性が向上したことが確認できた。なお、現像ローラ５の表面硬度はＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度で約６０度とし、圧接バネ９の荷重は約１ｋｇｆの設定と約２ｋｇｆの設定とで、また、現像ユニット１の中の負荷トルクは、図示していないローラシール部材の各ローラへの圧接力を調整することによって、被駆動歯車５０２の軸上で測定して２５００ｇ・ｃｍの設定と４０００ｇ・ｃｍの設定とで各々比較実験した。

さらに、印字紙サイズとしてＡ４まで対応できる現像装置に対して、２倍以上の印字紙サイズであるＡ３ノビの印字紙サイズにまで対応できる寸法の現像装置を構成しても、環境変化やトルク変化に対して画質は同様に安定しており、圧接力が安定的に保たれていること、また、耐久性も変わらないことが確認できた。

（比較例５）図６の回転駆動系の主要伝達部説明図において、現像ローラ軸を介して現像ローラ５と一体に構成されている現像ローラ被駆動歯車５０１は、現像ユニット１に配設された被駆動歯車５０２を介して画像形成装置本体側に配設された駆動歯車５０３に接続され、画像形成装置本体側から回転駆動力を伝達される。

このとき、被駆動歯車５０２への駆動歯車５０３からの駆動力の伝達点２３１を現像ユニット支持部８とほぼ一致するように配置した。この配置のとき、被駆動歯車５０２への駆動歯車５０３からの駆動力は、現像ユニット１に回転モーメントを発生する事はないから、現像ユニット１の内部の可動部分の負荷トルクが変動したり、あるいは図示されていない駆動源からの駆動トルクが増減したりするようなトルク変動が起きて、駆動歯車５０３から被駆動歯車５０２への伝達力が変化したとしても、現像ユニット１への回転モーメントが発生する事はなく、感光体７への現像ローラ５の圧接力は圧接バネ９のバネ力にのみ依存し、トルク変動の影響は受けないこととなる。さらに、現像ローラに軟らかい材質のものを使う等の事情によって、現像ユニット１の現像ユニット支持部８を中心とした揺動角が大きくなっても、回転モーメントの発生が微小量に抑えられるため、感光体７に対する現像ローラ５の圧接力は、事実上無視できる程度の変動に抑えられる。

本比較例の構成で、温度および湿度を１０℃・１５％ＲＨから３５℃・６５％の範囲で変化させて印字したが、トルクは変動したものの画質には変化が見られず、また、どの環境でもジッタの影響による濃度変動も見られず、良好な圧接力を確保できていることが確認できた。また、圧接力が安定しているために必要以上の摩耗が防止でき、感光体７および現像ローラ５の耐久性が向上したことが確認できた。なお、現像ローラの表面硬度はＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度で約４０度とし、圧接バネ９の荷重は約１ｋｇｆの設定と約２ｋｇｆの設定とで、また、現像ユニット１の中の負荷トルクは、図示していないローラシール部材の各ローラへの圧接力を調整することによって、被駆動歯車５０２の軸上で測定して２５００ｇ・ｃｍの設定と４０００ｇ・ｃｍの設定とで各々比較実験した。圧接バネ９の荷重が約１ｋｇｆの時と約２ｋｇｆの時との、現像ユニット１の回転角の差は約０．４度であった。

（比較例６）図７の回転駆動系の主要伝達部説明図において、現像ローラ軸を介して現像ローラ５と一体に構成されている現像ローラ被駆動歯車５０１は、現像ユニット１に配設された被駆動歯車５０２を介して画像形成装置本体側に配設された駆動歯車５０３に接続され、画像形成装置本体側から回転駆動力を伝達される。

本例の構成で、温度および湿度を１０℃・１５％ＲＨから３５℃・６５％の範囲で変化させて印字したが、トルクは変動したものの画質には変化が見られず、また、どの環境でもジッタの影響による濃度変動も見られず、良好な圧接力を確保できていることが確認できた。また、圧接力が安定しているために必要以上の摩耗が防止でき、感光体７および現像ローラ５の耐久性が向上したことが確認できた。なお、現像ローラの表面硬度はＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度で約６０度とし、圧接バネ９の荷重は約１ｋｇｆの設定と約２ｋｇｆの設定とで、また、現像ユニット１の中の負荷トルクは、図示していないローラシール部材の各ローラへの圧接力を調整することによって、被駆動歯車５０２の軸上で測定して２５００ｇ・ｃｍの設定と４０００ｇ・ｃｍの設定とで各々比較実験した。

（実施例１）図８の回転駆動系の主要伝達部説明図において、現像ローラ軸を介して現像ローラ５と一体に構成されている現像ローラ被駆動歯車５０１は、現像ユニット１に配設された被駆動歯車５０２を介して画像形成装置本体側に配設された駆動歯車５０３に接続され、画像形成装置本体側から回転駆動力を伝達される。

ここで、被駆動歯車５０２への駆動歯車５０３からの駆動力の伝達点２３１を現像ユニット支持部８とほぼ一致するように配置した。この配置のとき、被駆動歯車５０２への駆動歯車５０３からの駆動力は、現像ユニット１に回転モーメントを発生する事はないから、現像ユニット１の内部の可動部分の負荷トルクが変動したり、あるいは図示されていない駆動源からの駆動トルクが増減したりするようなトルク変動が起きて、駆動歯車５０３から被駆動歯車５０２への伝達力が変化したとしても、現像ユニット１への回転モーメントが発生する事はなく、感光体７への現像ローラ５の圧接力は圧接バネ９のバネ力にのみ依存し、トルク変動の影響は受けないこととなる。さらに、現像ローラに軟らかい材質のものを使う等の事情によって、現像ユニット１の現像ユニット支持部８を中心とした揺動角が大きくなっても、回転モーメントの発生が微小量に抑えられるため、感光体７に対する現像ローラ５の圧接力は、事実上無視できる程度の変動に抑えられる。

本実施例の構成で、温度および湿度を１０℃・１５％ＲＨから３５℃・６５％の範囲で変化させて印字したが、トルクは変動したものの画質には変化が見られず、また、どの環境でもジッタの影響による濃度変動も見られず、良好な圧接力を確保できていることが確認できた。また、圧接力が安定しているために必要以上の摩耗が防止でき、感光体７および現像ローラ５の耐久性が向上したことが確認できた。なお、現像ローラの表面硬度はＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度で約４０度とし、圧接バネ９の荷重は約１ｋｇｆの設定と約２ｋｇｆの設定とで、また、現像ユニット１の中の負荷トルクは、図示していないローラシール部材の各ローラへの圧接力を調整することによって、被駆動歯車５０２の軸上で測定して２５００ｇ・ｃｍの設定と４０００ｇ・ｃｍの設定とで各々比較実験した。圧接バネ９の荷重が約１ｋｇｆの時と約２ｋｇｆの時との、現像ユニット１の回転角のは差は約０．４度であった。

本発明の現像装置の比較例を示す要部断面図。本発明の現像装置の比較例を示す回転駆動系の主要伝達部説明図。本発明の現像装置の比較例を示す要部断面図。本発明の現像装置の比較例を示す回転駆動系の主要伝達部説明図。本発明の現像装置の比較例を示す回転駆動系の主要伝達部説明図。本発明の現像装置の比較例を示す回転駆動系の主要伝達部説明図。本発明の現像装置の比較例を示す回転駆動系の主要伝達部説明図。本発明の現像装置の実施例を示す回転駆動系の主要伝達部説明図。以上

符号の説明

１…現像ユニット、２…トナー、５…現像ローラ、７…感光体、８…支持部
５０１…現像ローラ被駆動歯車、５０２…被駆動歯車、５０３…駆動歯車
２３…被駆動歯車への駆動歯車からの駆動力の作用方向の延長線
２３１…被駆動歯車への駆動歯車からの駆動力の伝達点

Claims

潜像を形成する感光体（７）と、前記感光体（７）に対して支持部（８）を中心にして揺動可能に支持された現像ユニット（１）と、前記現像ユニット（１）に設けられ、前記現像剤を周面に担持して前記感光体（７）に接しつつ回転し、前記感光体（７）に露光して形成された潜像にトナーを現像して顕像化する現像ローラ（５）とを有する現像装置において、前記支持部（８）は前記現像ローラ（５）と一体に構成されている現像ローラ被駆動歯車（５０１）は、現像ユニットに配設された被駆動歯車（５０２）を介して画像形成装置本体側に配設された駆動歯車（５０３）に接続され、前記駆動歯車（５０３）と前記現像ユニットに配設された被駆動歯車（５０２）との駆動力の伝達点（２３１）が、前記支持部（８）の位置とほぼ一致し、前記感光体（７）と現像ローラ（５）との接線を通り、感光体（７）と現像ローラ（５）の中心とを結ぶ直線に直交する直線を直線とし、前記支持部（８）をこの直線上の一点にほぼ一致させ、さらに、前記支持部（８）が前記現像ユニットの重心（８１）を含む鉛直線上の一点にほぼ一致するように、前記駆動歯車（５０３）と前記現像ユニットに配設された被駆動手段を配置したことを特徴とする現像装置。