JP2007065228A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ジッタが発生するのを抑制することができ、画像品位を向上させることができるようにする。
【解決手段】像担持体と、像担持体と接触させて配設され、像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体とを有する。像担持体と前記現像剤担持体とを圧接させて回転させたときに、像担持体に対する現像剤担持体の周速比をΩとし、像担持体の外径をΨとし、現像剤担持体の外径をφとしたとき、１＜Ω＜√（Ψ／φ）にされる。１＜Ω＜√（Ψ／φ）にされるので、ジッタが発生するのを抑制することができ、画像品位を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真式のプリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置、例えば、プリンタにおいては、帯電ローラによって一様に、かつ、均一に帯電させられた感光体ドラムの表面をＬＥＤヘッドによって露光して静電潜像を形成し、該静電潜像を現像器によって現像してトナー像を形成し、該トナー像を用紙に、転写ローラによって転写し、定着器によって定着させることにより、画像が形成され、印刷が行われるようになっている。

ところで、前記現像器は、トナーを担持する現像ローラを備え、該現像ローラは、感光体ドラムに押し付けて配設され、感光体ドラムと現像ローラとの間に所定のニップ幅が形成される。また、感光体ドラムと現像ローラとは逆方向に回転させられるようになっている。そのために、前記感光体ドラムを回転させるための駆動モータ、及び現像ローラを回転させるための駆動モータを二つ別々に配設することが考えられるが、プリンタのコストが高くなること、プリンタの占有スペースが広くなってしまうことから、感光体ドラムのギヤと現像ローラのギヤとを噛み合わせ、一つの駆動モータを駆動することによって、感光体ドラム及び現像ローラを回転させるようにしている。この場合、前記各ギヤの歯数を設定し、感光体ドラムの周速度を現像ローラの周速度より高くなるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−２１０３００号公報

しかしながら、前記従来のプリンタにおいては、印刷速度が高くされるのに伴って、感光体ドラムの周速度及び現像ローラの周速度が高くなり、ギヤの歯跳びが発生することがある。その場合、画像上で横すじによる濃度むら（以下「ジッタ」という。）が発生し、画像品位が低くなってしまう。

また、プリンタを小型化するために、感光体ドラム等の外径を小さくすることが考えられるが、感光体ドラム等の外径が小さくなると、印刷速度を維持するために、感光体ドラムの周速度を一層高くする必要が生じる。その結果、ジッタが発生する頻度が高くなり、画像品位が一層低くなってしまう。

本発明は、前記従来のプリンタの問題点を解決して、ジッタが発生するのを抑制することができ、画像品位を向上させることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

そのために、本発明の画像形成装置においては、像担持体と、該像担持体と接触させて配設され、像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体とを有する。

そして、前記像担持体と前記現像剤担持体とを圧接させて回転させたときに、前記像担持体に対する現像剤担持体の周速比をΩとし、前記像担持体の外径をΨとし、前記現像剤担持体の外径をφとしたとき、
１＜Ω＜√（Ψ／φ）
にされる。

本発明によれば、画像形成装置においては、像担持体と、該像担持体と接触させて配設され、像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体とを有する。

そして、前記像担持体と前記現像剤担持体とを圧接させて回転させたときに、前記像担持体に対する現像剤担持体の周速比をΩとし、前記像担持体の外径をΨとし、前記現像剤担持体の外径をφとしたとき、
１＜Ω＜√（Ψ／φ）
にされる。

この場合、前記像担持体に対する現像剤担持体の周速比をΩとし、前記像担持体の外径をΨとし、前記現像剤担持体の外径をφとしたとき、
１＜Ω＜√（Ψ／φ）
にされるので、ジッタが発生するのを抑制することができ、画像品位を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成装置として、電子写真式のプリンタについて説明する。

図２は本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。

図に示されるように、プリンタ４０は、媒体としての用紙Ｐを収容する媒体収容部としての用紙カセット４１、現像剤像としてのトナー像を形成するプロセスユニット１０、定着装置としての定着器４８等を備える。前記用紙カセット４１の前端には、前記用紙Ｐを１枚ずつ分離させ、媒体搬送路４３に繰り出すホッピングローラ４２が配設され、該ホッピングローラ４２によって繰り出された用紙Ｐは、前記媒体搬送路４３におけるホッピングローラ４２より下流側に配設され、用紙Ｐを搬送するピンチローラ４４、４５によって搬送され、前記媒体搬送路４３におけるピンチローラ４４、４５より下流側に配設されたレジストローラ４６及び搬送ローラ４７によって搬送されてプロセスユニット１０に送られる。

前記プロセスユニット１０は、画像形成部を構成し、像担持体としての感光体ドラム１１を備えるとともに、前記プロセスユニット１０の上方には、感光体ドラム１１と対向させて露光装置としてのＬＥＤヘッド１３が、プロセスユニット１０の下方には、感光体ドラム１１と対向させて転写装置としての転写ローラ１７が配設される。前記媒体搬送路４３において、プロセスユニット１０及び転写ローラ１７より下流側に、前記定着器４８が配設される。該定着器４８は、第１の回転体としての加熱ローラＲ１、及び第２の回転体としての加圧ローラＲ２を備える。

そして、前記媒体搬送路４３における定着器４８より下流側に、用紙Ｐを媒体積載部としてのスタッカ部５３に排出するための排出ローラ４９〜５２が配設される。

次に、前記構成のプリンタ４０の動作について説明する。

まず、用紙カセット４１に収容された用紙Ｐは、ホッピングローラ４２によって１枚ずつ分離され、繰り出されて、媒体搬送路４３を下流側に向けて矢印方向に搬送され、ピンチローラ４４、４５によって斜行が修正され、レジストローラ４６及び搬送ローラ４７によって更に搬送される。

そして、搬送された用紙Ｐは、プロセスユニット１０及び転写ローラ１７を通過し、感光体ドラム１１上に形成されたトナー像が転写される。続いて、トナー像が転写された用紙Ｐは、定着器４８に搬送され、該定着器４８によって加熱、加圧されてトナー像が定着させられる。その後、用紙Ｐは排出ローラ４９〜５２によってスタッカ部５３に排出される。

次に、プロセスユニット１０について説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態におけるプロセスユニットの配設状態を示す概略図である。

図に示されるように、プロセスユニット１０は、矢印方向に回転させられる感光体ドラム１１、矢印方向に回転させられ、感光体ドラム１１の表面を、一様に、かつ、均一に帯電させる帯電装置としての帯電ローラ１２、矢印方向に回転させられ、前記静電潜像に現像剤としてのトナーを付着させて現像させ、トナー像を形成する現像剤担持体としての現像ローラ１４、矢印方向に回転させられ、前記トナーを帯電させて現像ローラ１４に供給する現像剤供給ローラとしてのトナー供給ローラ１５、前記現像ローラ１４上に均一な現像剤層としてのトナー層を形成する現像ブレード１６、及びトナー像の転写後、感光体ドラム１１上に残ったトナーを回収するクリーニング装置としてのクリーニングブレード１８を備える。前記プロセスユニット１０の上方には、感光体ドラム１１の表面を露光して静電潜像を形成するＬＥＤヘッド１３が、プロセスユニット１０の下方には、矢印方向に回転させられ、前記感光体ドラム１１上に形成されたトナー像を用紙Ｐに転写する転写ローラ１７が配設される。

そして、前記感光体ドラム１１に、帯電ローラ１２、現像ローラ１４、転写ローラ１７及びクリーニングブレード１８が接触させて配設される。また、前記現像ローラ１４には現像ブレード１６及びトナー供給ローラ１５が接触させて配設される。

次に、前記感光体ドラム１１の構成について説明する。

図３は本発明の第１の実施の形態における感光体ドラムの断面図、図４は本発明の第１の実施の形態における感光体ドラムの側面図である。

図に示されるように、感光体ドラム１１は、アルミ素管１１ａの表面に感光層１１ｂを被覆することによって形成される。そして、感光体ドラム１１の一端に、図示されない駆動モータから伝達された回転を受けるための回転伝達要素としての感光体ドラムギヤ２１が取り付けられる。前記感光層１１ｂは、薄いほど画像品位を向上させることができるが、耐摩耗性を高くするために、１５〜２０〔μｍ〕にされる。

次に、前記現像ローラ１４の構成について説明する。

図５は本発明の第１の実施の形態における現像ローラの断面図、図６は本発明の第１の実施の形態における現像ローラの側面図である。

図に示されるように、現像ローラ１４は、金属製のシャフト１４ａの外周に弾性層１４ｂを被覆することによって形成され、現像ローラ１４の一端のシャフト１４ａに、前記駆動モータから伝達された回転を受けるための回転伝達要素としての現像ローラギヤ２２が取り付けられる。そして、前記感光体ドラムギヤ２１（図４）と現像ローラギヤ２２とが噛合させられ、前記駆動モータを駆動することによって発生させられた回転は、感光体ドラム１１及び現像ローラ１４に伝達される。

なお、本実施の形態においては、前記シャフト１４ａの外周に、１層の弾性層１４ｂが被覆されるようになっているが、２層以上の弾性層１４ｂを被覆することができる。なお、本実施の形態においては、前記弾性層１４ｂの材料として、ウレタンゴムが使用されるようになっているが、トナーを摩擦帯電させるために半導電特性を有する材料、例えば、シリコーンゴムを使用することもできる。

前記現像ローラ１４と感光体ドラム１１とが圧接させて配設され、感光体ドラム１１と現像ローラ１４との間に一定の、本実施の形態においては、１００〔μｍ〕のニップ幅Ｌが形成される。なお、該ニップ幅Ｌを小さくするほど、駆動モータを駆動する際の負荷トルクを小さくすることができるが、その場合、感光体ドラム１１の周期で白抜けが発生してしまう。逆に、ニップ幅Ｌを大きくしすぎると、駆動モータを駆動する際の負荷トルクが大きくなってしまう。

そして、感光体ドラムギヤ２１の歯数と現像ローラギヤ２２の歯数との組合せによって、感光体ドラム１１と現像ローラ１４との周速比Ωが決定される。該周速比Ωは、現像ローラ１４の周速度をνとし、感光体ドラム１１の周速度をＶとしたとき、周速度Ｖに対する周速度νの比で表され、
Ω＝ν／Ｖ
になる。なお、感光体ドラム１１及び現像ローラ１４を、図示されない二つの駆動モータを使用し、別々に駆動し、回転させることができる。この場合、各駆動モータの回転速度を設定することによって、前記周速比Ωを決定することができる。

そして、前記感光体ドラム１１の外径をΨとし、現像ローラ１４の外径をφとし、外径Ψ、φによって得られる計算値を√（Ψ／φ）としたとき、周速比Ωは、
Ω＜√（Ψ／φ）
になる。

次に、前記構成のプロセスユニット１０の動作について説明する。

まず、図１に示されるように、トナー供給ローラ１５は矢印方向に回転させられ、現像ローラ１４にトナーを供給し、現像ローラ１４も同様に矢印方向に回転させられ、現像ローラ１４上のトナーを現像ブレード１６によって摩擦帯電させるとともに、余分なトナーを掻き落とし、現像ローラ１４上に均一なトナー層を形成する。

一方、感光体ドラム１１は矢印方向に回転させられ、帯電ローラ１２によって感光体ドラム１１の表面が、一様に、かつ、均一に−６００〔Ｖ〕に帯電させられる。そして、感光体ドラム１１の表面にＬＥＤヘッド１３の光を照射すると、照射された箇所、すなわち、画像部の表面電位が０〔Ｖ〕になり、ＬＥＤヘッド１３の照射の有無によって感光体ドラム１１の表面に静電潜像が形成される。

次に、前記トナー層が形成された現像ローラ１４が、感光体ドラム１１と当接しながら回転することによって、現像ローラ１４上のトナーは摩擦帯電させられながら感光体ドラム１１の静電潜像に付着させられ、トナー像が形成される。

このとき、前記周速比Ωが大きいほどトナーの帯電性が高く、トナーの供給性にも優れる。その反面、周速比Ωが大きすぎると、感光体ドラムギヤ２１と現像ローラギヤ２２との噛合せがうまくいかずに、ギヤが歯跳びし、ジッタが発生する。

ところで、前記感光体ドラムギヤ２１の歯数を多く、又は現像ローラギヤ２２の歯数を少なくすると、現像ローラ１４の周速度νは高くなる。一方、感光体ドラムギヤ２１の歯数を少なく、又は現像ローラギヤ２２の歯数を多くすると、現像ローラ１４の周速度νは低くなる。したがって、感光体ドラムギヤ２１の歯数を多く、又は現像ローラギヤ２２の歯数を少なくすると周速比Ωは大きくなり、感光体ドラムギヤ２１の歯数を少なく、又は現像ローラギヤ２２の歯数を多くすると周速比Ωは小さくなる。

そこで、感光体ドラム１１の外径Ψ及び現像ローラ１４の外径φをそれぞれ設定して複数の組合せを作り、各組合せごとに、前記感光体ドラムギヤ２１及び現像ローラギヤ２２の歯数をそれぞれ設定して周速比Ωを変化させ、ジッタの発生を監視し、ジッタのレベルを判定した。表１は感光体ドラム１１と現像ローラ１４とのニップ幅Ｌを１００〔μｍ〕としたときの判定結果であるが、ニップ幅Ｌを変更して同様の実験を行った結果、ニップ幅Ｌが
５０≦Ｌ≦１５０〔μｍ〕
の範囲で表１の関係が満たされる。

前記ジッタのレベルは、印刷速度をＡ４判の用紙Ｐの縦方向において２０〔ｐｐｍ〕とし、３０〔％〕のデューティで全面印刷を行ったときの横すじによる濃度むらを見て３段階（○＞△＞×）で判定した。表１において、○は横すじによる明瞭な濃度段差が目視によって認められず、拡大して観察しても認められないレベルを、△は横すじによる明瞭な濃度段差が目視によっては認められないが、拡大して観察すると認められるレベルを、×は横すじによる明瞭な濃度段差が目視によって認められ、拡大して観察しても認められるレベルを表す。

なお、拡大して行われる観察には光学式顕微鏡が使用され、拡大率は１５０倍にされる。また、周速比Ωが１であるときは、トナーを十分に帯電させることができず、画像不良が発生したので、ジッタのレベルの判定は行わなかった。

表１から分かるように、前記感光体ドラム１１の外径Ψを３０〔ｍｍ〕にすると、現像ローラ１４の外径φが１６〔ｍｍ〕である場合、周速比Ωを大きくしてもジッタの発生を抑えることができるのに対して、現像ローラ１４の外径φが２０〔ｍｍ〕である場合、周速比Ωを１．３５より大きくすると、ジッタが発生しやすくなる。ただし、現像ローラ１４の外径φが小さいほど、周速比Ωを大きくしてもジッタの発生が抑えられるわけではなく、現像ローラ１４の外径φが１４〔ｍｍ〕であっても、感光体ドラム１１の外径Ψを２４〔ｍｍ〕としたときには、周速比Ωを１．２７以下にすると、ジッタは発生しないが、周速比Ωを１．３５にすると、ジッタが発生してしまう。

したがって、トナーを十分に帯電させ、かつ、感光体ドラム１１に十分に付着させるためには、
１＜Ω
とすることがが好ましい。

また、周速比Ωが
Ω＜√（Ψ／φ）
の条件を満たすと、ジッタが発生するのを抑制することができる。

このように、本実施の形態においては、周速比Ωが
１＜Ω＜√（Ψ／φ）
にされるので、ジッタが発生するのを抑制することができ、画像品位を向上させることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについてはその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

本実施の形態においては、トナーの平均粒径が６〔μｍ〕以下にされ、かつ、トナーの流動性が６０〔％〕以上にされる。

トナーの流動性を測定するために、メッシュの粗さを異ならせ、１５０〔μｍ〕、７５〔μｍ〕、４５〔μｍ〕とした３種類の篩を、メッシュの粗い方が上になるように３段に重ねる。そして、流動性を測定しようとするトナーを、４．０〔ｇ〕量り、一番上の１５０〔μｍ〕のメッシュの篩上に静かに載せる。続いて、トナーを載せた３段に重ねた篩をパウダーテスター（ホソカワミクロンＰＴ−Ｎ型）にセットし、振動時間を１５〔ｓ〕とし、ＶｉｂｒａｔｕｏｎＡＤＪダイヤルを１．５（振幅１〔ｍｍ〕）とし、篩に振動を与える。

次に、振動が終了した各篩を分け、各篩に残っているトナーの重量を測定する。この測定を３回繰り返し、１５０〔μｍ〕メッシュの篩に残ったトナー重量の平均値をｑ１とし、７５〔μｍ〕メッシュの篩に残ったトナー重量の平均値をｑ２とし、４５〔μｍ〕メッシュの篩に残ったトナー重量の平均値をｑ３とし、トナーの凝集度ζ
ζ＝（ｑ１×１００）／４．０＋（（ｑ２×１００）／４．０）×（３／５）＋（（ｑ３×１００）／４．０）×（１／５）〔％〕
を算出し、トナーの流動性ε
ε＝１００−ζ〔％〕
を算出する。

なお、トナーの平均粒径が小さくなるほど表面積が増加するので、流動性εを６０〔％〕以上にするための外添剤の添加量が変化させられる。本実施の形態においては、トナーの平均粒径が５．５〔μｍ〕のときに、トナーに対する重量比が３．５〔％〕以上の外添剤を添加した。

前記第１の実施の形態と同様に、像担持体としての感光体ドラム１１（図２）と現像剤担持体としての現像ローラ１４とのニップ幅Ｌを１００〔μｍ〕とした。また、感光体ドラム１１の外径Ψを３０〔ｍｍ〕とし、現像ローラ１４の外径φを２０〔ｍｍ〕とし、周速比Ωを１．１９とした。

次に、前記構成のプリンタ４０の動作について説明する。

まず、前記第１の実施の形態と同様に、トナー層が形成された現像ローラ１４が、感光体ドラム１１と当接しながら回転させられ、現像ローラ１４上のトナーは摩擦帯電させられながら感光体ドラム１１の静電潜像に付着させられる。

このとき、トナーは、平均粒径が小さいほど静電潜像への移動が正確であるので、画像品位を向上させることができる。また、画像品位が向上する分、ジッタが鮮明になってしまう。さらに、トナーの平均粒径が小さいほどファンデルワールス力の影響が大きくなり、トナー同士が凝集しやすくなり、トナーの流動性が低下する。そして、トナーの流動性が低下すると、負荷トルクが大きくなり、ジッタの発生に影響を及ぼす。

そこで、トナーに添加される外添剤の重量のトナーに対する重量比を３．５〔％〕以上とすることによって、トナーの流動性を６０〔％〕以上とし、トナーの凝集によって負荷トルクが大きくなるのを抑制することができる。

表２はトナーの平均粒径、流動性、負荷トルク、ジッタ及び画像品位を示す。

前記ジッタのレベルは、印刷速度をＡ４判の媒体としての用紙Ｐの縦方向において２０〔ｐｐｍ〕とし、３０〔％〕のデューティで全面印刷を行ったときの横すじによる濃度むらを見て３段階（○＞△＞×）で判定した。表２において、○は横すじによる明瞭な濃度段差が目視によって認められず、拡大して観察しても認められないレベルを、△は横すじによる明瞭な濃度段差が目視によっては認められないが、拡大して観察すると認められるレベルを、×は横すじによる明瞭な濃度段差が目視によって認められ、拡大して観察しても認められるレベルを表す。

また、画像品位のレベルにおいて、○はドット散りによる画像の乱れが目視によって認められず、拡大して観察しても認められないレベルを、△はドット散りによる画像の乱れが目視によっては認められないが、拡大して観察すると認められるレベルを、×はドット散りによる画像の乱れが目視によって認められ、拡大して観察しても認められるレベルを表す。

実験の結果、周速比Ω、感光体ドラム１１の外径Ψ及び現像ローラ１４の外径φが、
１＜Ω＜√（Ψ／φ）
の関係を有し、ニップ幅Ｌが、
５０≦Ｌ≦１５０〔μｍ〕
である範囲においても、表２の関係が満たされる。

この場合、負荷トルクの測定は、Ｌｏａｄ Ｔｏｒｑｕｅ Ｔｅｓｔｅｒにセットし、Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎを１４５〔ｒｐｍ〕に設定し、１０〔ｓ〕間、駆動モータを駆動する。そして、１０〔ｓ〕間の平均値を負荷トルクの値とする。なお、駆動時における負荷トルクを３．５〔ｋｇ・ｃｍ〕以下にするのが好ましい。

表２から分かるように、トナーの平均粒径が４．５〔μｍ〕のときは、ジッタのレベルが○であるが、トナーの平均粒径が小さくなっていることによって、現像ブレード１６における現像ローラ１４上のトナー層の層厚の規制が困難になり、トナー層の層厚が大きくなり、汚れが生じるので、画像品位のレベルは×になる。

このように、平均粒径が５．０〔μｍ〕以上、６．０〔μｍ〕以下で、かつ、流動性が６０〔％〕以上、９９〔％〕以下であるトナーを使用すると、ジッタが発生するのを防止することができ、画像品位を向上させることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の第１の実施の形態におけるプロセスユニットの配設状態を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。 本発明の第１の実施の形態における感光体ドラムの断面図である。 本発明の第１の実施の形態における感光体ドラムの側面図である。 本発明の第１の実施の形態における現像ローラの断面図である。 本発明の第１の実施の形態における現像ローラの側面図である。

符号の説明

１１ 感光体ドラム
１４ 現像ローラ
４０ プリンタ

Claims (4)

1. （ａ）像担持体と、
   （ｂ）該像担持体と接触させて配設され、像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体とを有するとともに、
   （ｃ）前記像担持体と前記現像剤担持体とを圧接させて回転させたときに、前記像担持体に対する現像剤担持体の周速比をΩとし、前記像担持体の外径をΨとし、前記現像剤担持体の外径をφとしたとき、
   １＜Ω＜√（Ψ／φ）
   にされることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記像担持体と前記現像剤担持体とのニップ幅Ｌが、
   ５０≦Ｌ≦１５０
   にされる請求項１に記載の画像形成装置。
3. （ａ）前記現像剤の平均粒径が５．０〔μｍ〕以上、６．０〔μｍ〕以下にされ、
   （ｂ）前記現像剤の流動性が６０〔％〕以上、９９〔％〕以下にされる請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記現像剤の負荷トルクが３．５〔ｋｇ・ｃｍ〕以下にされる請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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